JPH0569609B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は冷間圧延における潤滑方法に関する
ものである。 現在、冷間圧延の潤滑が抱えている問題は、数
多くのものがある。最も基本的な問題は、現状の
圧延油供給方法が、単一の圧延油供給方法で、
様々の圧延条件に対応しきれていないということ
である。 次表は、厚物〜極薄に対して、現状におけるそ
れぞれ最適な圧延油供給方法の１例を示したもの
である。

【表】

【表】 潤滑性だけを問題にすれば、極薄圧延で示され
るように、直接給油方式（高濃度エマルジヨンを
直接ストリツプに吹き付ける。）で油脂100％のも
のが最適である。これは、油脂の粘度効果及び表
面への化学吸着性が高く、摩擦係数を低く押え、
耐ヒートストリーク性（圧延油油膜切れによる鋼
板表面の傷の発生を押える性能）も良いからであ
る。 しかし、油脂では、冷圧後の焼鈍時に、オイル
ステインと呼ばれる板表面の汚れが多く発生す
る。これは、第２図に圧延油鹸化価と、無電清比
率（電解清浄しない材料の比率）の関係を示した
ように油脂の鹸化価が高いためである。冷間圧延
後の電解清浄をしないでステインの無い清浄な板
いわゆるミルクリーンシートを得ることは極めて
経済的であることからすると、欠点の１つである
と言える。その他、融点が高く管理が難しい、臭
気やスカムなど作業性が悪くコストも高いという
欠点がある。 鉱油ベースの圧延油は、鹸化価が低く、前述し
たステインのない清浄な板を得る性能、いわゆる
ミルクリーン性は良好であり、作業性も良いが、
油脂に比べ粘度も低く、鋼板・ロール表面への化
学吸着性が悪いため、潤滑性・耐ヒートストリー
ク性とも良好とはいえない。 そこで潤滑性・耐ヒートストリーク性・ミルク
リーン性を同時に満足する圧延油の研究もなされ
てきている。例えば、特公昭53−7174は、「冷間
圧延油基油に炭素数20〜28のα−オレフインを酸
素含有ガスと反応させて得られる酸化30〜80の酸
化生成物を含有せしめることを特徴とする冷間圧
延油」、特公昭53−42470「モノエステル類10〜85
重量％および脂肪族アルコール類５〜60重量％を
基油とし、これにアミン誘導体、フエノール誘導
体、インドールジラリルチオジプロピオネート、
ホスフアイト類およびヒドロキノン類から選ばれ
た少くとも１種の2.0〜30重量％を配合したこと
を特徴とする鋼用冷間圧延油」などが挙げられ
る。しかし、これらの配合比については、給油設
備・水切り設備・焼なまし条件などミル固有の設
備・作業条件を考慮し、検討されねばならないも
のであり、種々変化する圧延・焼鈍条件などに対
応するには、不充分であると思われる。 上記の他に、圧延操業上の問題もある、チヤタ
リング（圧延中に異音を伴つて板厚の急激な変動
が生じる現象）の発生がそれである。チヤタリン
グは、圧延油として潤滑性能の優れた高性能圧延
油を使用した場合に比較的頻発することから、摩
擦係数が低すぎることが問題と考えられる。これ
への対策としては、圧下力を大きくとつたり、速
度を遅くしたり（速度効果による油引き込み効果
を小さくする）して摩擦係数を高くすることがと
られているが、逆に、こういつた対策をあげてい
くと、ヒートストリークの発生という問題が起こ
つてくる。すなわち、第３図に示す如く、冷間圧
延の潤滑では、単に摩擦係数を下げるというだけ
ではなく、圧延状態に応じた最適な摩擦係数があ
る。 また、圧延加減速時の板厚変動の問題もある。
第３図に示したように摩擦係数は、速度に対する
依存性を持つが、圧延加速時は、速度効果によ
り、油がロールバイト中にひき込まれ、摩擦係数
μが低下する。また、減速時には、摩擦係数μが
上がる。従つて、第４図に示すように板厚の変動
が生ずる。 本発明は、冷間圧延における潤滑機構を基本的
に解明することによつて、上記の各技術の欠点を
除き、かつ効果を得ることができるようにした新
しい潤滑方法を提供することを目的とするもので
ある。 この発明は、冷間圧延の際に、圧延ロール面の
ロールバイト面を避けた部分に、又は圧延すべき
材料に直接、油脂系油を供給してその付着量を制
御しつつ前記油脂系油を前記圧延ロール又は材料
に付着させ、しかる後に、前記圧延ロールのロー
ルバイト面に鉱物油系油をその供給量を制御しつ
つ供給することを特徴とする冷間圧延潤滑方法を
提供するものである。 すなわち、本発明の基本的な技術思想は、境界
潤滑の強化を図り、潤滑性及び耐ヒートストリー
ク性の向上を図るために、圧延に先立ち、圧延ロ
ール面のロールバイト面（圧延ロールの圧延を行
つている面をいう）を避けた部分、又は圧延すべ
き材料に直接油脂系油を供給して吸着（転着）さ
せておき、しかる後に、流体潤滑による潤滑性の
向上を図りつつミルクリーン性を向上させるため
に、鉱物油系油を圧延ロールのロールバイト面に
供給するというものである。 発明者等は、前述した従来技術の欠点を克服す
るために、圧延潤滑の基本的な機構の解明を行な
つた。 第５図に冷間圧延時の潤滑の模式図を示す。ロ
ールバイト中での状態は、流体潤滑状態と境界潤
滑状態の混在した、いわゆる混合潤滑状態であ
る。このことは、冷間圧延されたストリツプ表面
を詳細に観察すると、ロール表面の粗さに起因す
る圧延方向に伸びた凹凸および潤滑油の封じ込め
により発生するいわゆるオイルピツトが認められ
ることから確認される。 また、第６図は、境界潤滑部における油の状況
であるが、液体潤滑と違つて、油分子が固体表面
に吸着し、この油分子膜が潤滑を受け持つことに
なる。 したがつて、ロールと材料間の見掛けの接触面
積中に、境界潤滑部の占める面積の比即ち接触率
をαとすると、ロールバイトでの剪断応力τ_nは次
式で表わされる。 τ_n＝ατ_b＋（１−α）τ_f (1) τ_b：境界潤滑領域の剪断応力 τ_f：流体潤滑領域の剪断応力 α：接触率 しかしながら、従来の技術を対応の仕方では、
(1)式のτ_n（潤滑性）を向上させるために、例えば、
牛脂を使つて潤滑性を上げている。但し、このと
きは、ミルクリーン性が悪くなるので、パラフイ
ンの酸化生成物を添加する、或いはミルクリーン
性をまず確保するために、鉱油ベースの潤滑油に
油性向上剤として高級脂肪酸、或いは粘度指数向
上剤としてポリブテンを添加し、潤滑性をあげる
などの方法がとられていた。このような方法は、
いわば、場当り的な対処の仕方であり、ロールバ
イト中の状態（τ_n）が、α、τ_b、τ_fの関数になつ
ているにもかかわらず、α、τ_b、τ_fに全く無関係
に同時に変えてしまうことであり、潤滑状態の細
かな制御が期待できない。 (1)式の意味するところは、ロールバイト中の潤
滑状態は、金属表面に吸着している油膜の物性
（τ_b）が受け持つ境界潤滑状態と、流体としてロ
ールバイト内に存在している油の物性（τ_f：すな
わち粘度）が受け持つ流体潤滑状態、及びそれぞ
れの割合によつて一意に決定できるということで
ある。 発明者等は、この２つの基本状態をそれぞれ独
立に制御することによつて、圧延潤滑状態を制御
する方法を案出した。 すなわち、上記のτ_b、τ_fをそれぞれ従来の方法
のように単一の潤滑油で対応せずに、τ_b（境界潤
滑）用の油と、τ_f（流体潤滑）用の油とを使いわ
けるということである。 境界潤滑状態は、次のような考え方で制御す
る。まず、境界潤滑用の油であるが、金属表面へ
の油の吸着は、一般に鉱物油系の油では、フアン
デルワールス力による物理的な吸着がなされる
が、これに比べ、ひまし油、パーム油、牛脂など
の油脂は、金属表面にきわめて強固な化学的吸着
膜をつくる。これは、中に含まれる遊離脂肪酸が
COOHという極性原子団もしくは金属と作用し
やすい活発な部分をもつため、金属との吸着力が
非常に強く化学反応によつて母金属と融点の高い
金属石けんを作るためである。したがつて、境界
潤滑用の油としては、脂肪油、高級脂肪酸、金属
石けんなどを採用し、場合によつては、極圧添加
済として、硫黄、塩素、りんなどの有機化合物を
加えたものを使用する。（第７図、第８図参照） 境界潤滑膜の吸着のさせ方としては、従来のよ
うにロールバイト内に供給するような方法はとら
ない。従来の方法で供給されると、供給油量は、
次式によつて決定されるからである。 従来の供給法よる給油量∝η（v_R＋ｖ）／ασy (2) η：粘度、v_R：ロール速度、ｖ：ロール入側速
度、α：かみ込み角、σy：材料の変形抵抗 これによれば、供給量は、v_R、ｖ、α、σyな
どのいわゆる圧延条件によつて大きく左右され
る。これでは、境界潤滑状態を制御することなど
不可能である。 従つて、ここでは、ロール或いは、材料に直接
吸着させる方法をとる。例えば、エマルジヨンの
電気泳動を利用して、ロールに電位を与え、ロー
ル表面に吸着させる方法、或いは、ロールと潤滑
油間に高圧静電界をつくり、潤滑油をイオン化さ
せて付着させる、或いは、ロール及び材料に直接
塗布する方法等が考えられる。 流体潤滑状態については、以下のような考え方
で制御する。すなわち、油としては、ミルクリー
ン性もを考慮し、低鹸化価で、なるべく粘度の高
い鉱物油を用いる。供給方法としては、流体力学
的な動水圧効果で供給量が決定される従来方法の
ノズル噴射法及びこれに類する方法で行なう。こ
の方法では、ロールバイト内に引き込まれる油量
は、第９図に示す如く、供給量が充分ある場合、
油の粘度（及びそのときの圧延条件(2)式参照）の
みによつて決まり、この量よりも油の供給量が少
なければ、その供給量によつてのみ決定する。 従つて、ノズルによる供給量は、第９図のａ点
より左側で使い、その量を増減させることによつ
てロールバイト内の流体潤滑油量を制御できる。 接触率については、必要に応じて、ロール表面
粗さ調整装置（例えば、グラインダー等）によつ
て、調整する。 第１０図に本発明の基本概念図を示す。 本発明による基本的潤滑状態の制御方法は、以
下のとおりである。すなわち、冷間圧延油に要求
される３大機能、潤滑性・耐ヒートストリーク
性・ミルクリーン性に対して、基本的には、非常
にうすい境界潤滑膜吸着と、圧延条件及び流体潤
滑油の粘度によつて決められる最大の流体潤滑膜
（鉱油）とによつて、まずミルクリーン性を確保
し、ヒートストリークの発生時及び、より潤滑性
が要求される場合は、境界潤滑膜（油脂系）の吸
着厚さをあげてやる。また、チヤタリングの発生
等、潤滑性を落してやりたいときは、流体潤滑油
の供給量を落してやればよい。 すなわち、前記(1)式におけるτ_bは、境界潤滑膜
吸着装置によつて制御し、τ_f、αは、流体潤滑膜
供給装置、又必要に応じてロール表面粗さ調整装
置によつて制御するものである。 本発明を実施するための装置の１例を第１１図
に示す。境界潤滑膜吸着装置は、直流電源１、陰
極２及び図示しない直流電圧制御器とから構成さ
れている。３は油脂エマルジヨン液５の貯槽であ
る。また６は鉱物油エマルジヨン液７を供給する
流体潤滑用ノズルである。８は圧延材である。 そして、直流電源１の電圧を制御することによ
つて、第１２図に示如く、ロール４への付着量即
ち境界潤滑膜厚を制御することができる。 第１３図に、本発明の基本特性を示した。これ
は板幅1214mm、入側板厚2.3mm、出側板厚1.6mmの
場合のものである。この図からわかるように、本
発明では、摩擦係数が0.2〜0.02迄得られており、
境界潤滑膜吸着装置の直流電圧と、鉱物油の流入
油量を制御することによつてなされたものであ
る。 以下、この発明が前述した従来技術の問題点を
すべて克服していることを具体例により説明す
る。 潤滑性…既に、第１３図に示したように、本
発明は摩擦係数を制御可能であり、境界潤滑膜
吸着装置の直流電圧を40V、鉱物油流入油量を
0.6〜1.0ｇ／m²にすることによつて摩擦係数を
0.02迄下げることが可能である。 耐ヒートストリーク性…耐ヒートストリーク
性については境界潤滑膜を構成する油の種類に
よつて、左右されることは、本文中にも記載し
た通りである。ここでは、牛脂を使用してお
り、第１４図本発明の耐ヒートストリーク性能
を示したが、従来の方法による牛脂の性能と、
本発明の性能（ここでは、板幅1214mm、入側板
厚2.3mmの場合に、境界潤滑膜吸着装置の直流
電圧10V、流体潤滑油量を0.3ｇ／m²とした。）
とは殆ど差がなく、非常に良好な性能を示して
いることがわかる。 ミルクリーン性…第１５図に本発明のミルク
リーン性能を示した。前述したように、境界潤
滑膜の膜厚は、たかだか数分子層で、その性能
を満たすため、ロールバイト中は鹸化価の低い
鉱油で済ませることができるため、オイルステ
インの発生率は殆んど、鉱油と変化がない。
（この場合の境界潤滑膜吸着装置の電圧は5V、
流体潤滑油（鉱物油）量は、0.5ｇ／m²とし
た。） チヤタリング防止性能…第１６図に、本発明
の板幅1214mm、入側板厚2.3mm、出側板厚1.6mm
の場合におけるチヤタリングに対する能力を示
す。本発明は潤滑性の項でも述べたが、基本的
に摩擦係数を制御することが可能であり、図に
示したように、流体潤滑油（鉱物油）量を少な
くすることによつて、チヤタリング発生を押え
ることができる。 加減速時の板厚変動…第１７図に、本発明の
板幅1214mm、入側板厚2.3mm、出側板厚1.6mmの
場合における加速中の板厚偏差と従来の板厚偏
差を示したが、本発明法では、加速直前に流体
潤滑油（鉱物油）量をしぼることによつて、従
来の板厚偏差を約半減させることに成功してい
る。 以上本発明方法によつて、従来解決できなかつ
た諸問題を解決できることを示したが、境界潤滑
膜吸着装置として、第１８図に示すように静電塗
装装置を利用することもできる。図中１１は高電
圧発生装置、１２は境界潤滑油の循環配管であ
る。そして、この場合も、第１９図に示す如く、
潤滑油のロール４への付着量を制御することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧延油鹸化価と圧延速度との関係を示
す説明図、第２図は圧延油鹸化価と無電清比率と
の関係を示す説明図、第３図は最適摩擦係数域の
概念を示す説明図、第４図は摩擦係数の変化によ
る板厚変化の説明図、第５図は冷間圧延時の潤滑
機構の説明図、第６図は境界潤滑状態における固
体面間の潤滑油分子の説明図、第７図は境界潤滑
剤としての各種油の性能説明図、第８図は境界潤
滑膜の強さの説明図、第９図は流体潤滑域制御の
基本的考え方を示す説明図、第１０図は本発明の
基本概念を示す説明図、第１１図は本発明を実施
するための装置の１例を示す説明図、第１２図は
第１１図に示す装置での電圧とロール付着油量と
の関係を示す説明図、第１３図は本発明による潤
滑性能の説明図、第１４図は本発明による耐ヒー
トストリーク性能の説明図、第１５図は、本発明
のミルクリーン性能の説明図、第１６図は本発明
によるチヤタリング制御性能の説明図、第１７図
は加速中の出口板厚偏差を従来方法と対比して示
す説明図、第１８図は本発明を実施するための装
置の他の例を示す説明図、第１９図は、第１８図
に示す装置での潤滑油吐出量とロール付着油量と
の関係を示す説明図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷間圧延の際に、圧延ロール面のロールバイ
   ト面を避けた部分に、又は圧延すべき材料に直
   接、油脂系油を供給してその付着量を制御しつつ
   前記油脂系油を前記圧延ロール又は材料に付着さ
   せ、しかる後に、前記圧延ロールのロールバイト
   面に鉱物油系油をその供給量を制御しつつ供給す
   ることを特徴とする冷間圧延潤滑方法。