JPH1085805A - 平坦度に優れた板ばね用冷延ステンレス鋼帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧延中の板破断や絞り事故を誘発することな
く、きわめて簡便な手段で、表面粗さが中心線平均粗さ
Ｒａで０.８〜２μｍ ときわめて粗く、しかも板厚が
０．１〜０．３ｍｍと極薄でありながら平坦度が良好で
ある板ばね用ステンレス鋼帯を製造する方法を提供す
る。 【解決手段】板厚が０．１〜０．３ｍｍの板ばね用冷延
ステンレス鋼帯の製造方法であって、ばね用ステンレス
熱延鋼帯を冷間圧延し、焼鈍を行った後、下記の段付き
ワークロールにより、仕上げ冷間圧延することを特徴と
する平坦度に優れた板ばね用冷延ステンレス鋼帯の製造
方法。 有効胴長：被圧延材である冷延鋼帯の幅よりも５〜７０
ｍｍ長い 有効胴部以外の両胴端部の直径：有効胴部の直径より
０．２ｍｍ以上小さい 有効胴部の表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）：１．０〜
２．５μm 上下ワークロールのＲｍａｘ差： ３μｍ以下

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板厚が０．１〜
０．３ｍｍと薄くて、表面粗さが中心線平均粗さＲａで
０．８〜２μｍと極めて粗い平坦度の良好な板ばね用冷
延ステンレス鋼帯の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】板ばね用冷延ステンレス鋼帯は、熱間圧
延ステンレス鋼帯に焼鈍、酸洗、疵取りを施し、次いで
冷間圧延を行い、焼鈍−酸洗または光輝焼鈍を実施した
後、目標とする機械的性質を付与するために、所定の圧
下率（加工率）の仕上げ冷間圧延を行って製造される。

【０００３】このようにして製造されたばね用ステンレ
ス鋼帯は、主として電気、精密機械器具や事務用機械器
具用の板ばね等の素材として使用される。

【０００４】このような用途の素材としては、板厚０．
１〜０．８ｍｍ、表面粗さが中心線平均粗さＲａで０．
０８ μm程度以下の冷延ステンレス鋼帯が用いられてい
るが、板厚精度や平坦度に対する要求は非常に厳しい。

【０００５】冷延ステンレス鋼帯に目標とする表面粗さ
を付与するには、通常、目標の表面粗さよりも幾分粗い
表面粗さのワークロールで圧延することにより、ロール
表面を鋼帯表面に転写する方法が採られる。

【０００６】板ばねは、通常、前記の仕上げ冷間圧延が
施されたままのステンレス鋼帯（素材）を適当な幅で２
〜１０条にスリットし、条材（中間素材）にしてからプ
レスにて打ち抜き、曲げ加工等を施して製品化される。
しかし、前記中間素材の平坦度が不良であると製品に要
求される寸法精度や形状が得られなかったり、円滑なプ
レス加工ができなかったりする。

【０００７】この中間素材としての条材の平坦度は多く
の場合、素材としてのばね用冷延ステンレス鋼帯の平坦
度に依存するから、前記素材の平坦度も良好であること
が必要となる。

【０００８】素材の平坦度を確保するために、従来は仕
上げ冷間圧延において、ロールにクラウンを付与する方
法、ロールにベンディング力を加える方法、６段圧延機
では中間ロールをシフトさせる方法、１２段等のクラス
ター型圧延機では、バックアップベンディングの押し出
し量を調整する方法等の形状制御手段を用いたり、前方
張力を大きくして圧延する方法が採られていた。板厚が
０．１〜０．８ｍｍで、表面粗さが０．０８μm 以下と
比較的小さい粗さの場合は、上記のような方法でほぼ満
足な素材が得られていた。

【０００９】近年、上記ばね製品で用途上、表面の耐疵
付き性や文字の印刷性の向上および塵埃の付着を防止す
ることを目的として、通常のばね用冷延鋼帯に比較して
板厚が０．１〜０．３ｍｍと極薄でありながら中心線平
均粗さがＲａで０．８〜２μm という非常に粗い表面粗
さが要求されるようになってきた。具体的な用途として
は、フロッピーディスクシャッターがあり、近年需要が
多くなっている。

【００１０】このようなニーズに応えるため、上記従来
と同じ方法で冷延ステンレス鋼帯を製造しても、中間素
材の条材に後記する「ねじれ」が発生し、満足な平坦度
が得られないのが現状である。

【００１１】条材に発生するねじれを防止するには素材
の平坦度を改善する必要があり、素材の冷延鋼帯をテン
ションレベラーにより矯正する方法が考えられる。しか
し、この方法では、ばね用の鋼帯は降伏応力が高いので
十分な矯正効果が得られなかったり、機械的性質が変化
して目標の範囲を外れたりするため、平坦度と機械的性
質の両者を満足させることのできる適正な矯正条件の設
定は困難である。

【００１２】図３は、ねじれ状態を説明するための図で
ある。ここで「ねじれ」は、条材から特定長さの短冊１
を切り出して、これを垂直な平面２に前記短冊１の片方
の短辺３を固定して短冊１を吊り下げた時、短冊１の垂
直平面２への任意の投影長さＳに相当する短冊の両幅端
の２点、ａおよびｂから水平方向に測定した前記垂直平
面との距離ＤaとＤbに差が生じる状態を指す。したがっ
て、「ねじれ量」は前記ＤaとＤbの差の絶対値ΔＤ（＝
｜Ｄa−Ｄb｜）で評価される。ねじれが大きい条材は、
前述のようにプレス加工後の製品の寸法不良や形状不良
を誘発するため、不良中間素材として排除され、歩留の
大幅な低下を招来する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように極薄で
表面粗さが極めて粗い冷延鋼帯を従来の方法で製造する
と、ねじれが発生して平坦度が悪くなる。

【００１４】本発明は、圧延中の板破断や絞り事故を誘
発することなく、きわめて簡便な手段で、表面粗さが中
心線平均粗さＲａで０.８〜２ μm ときわめて粗く、し
かも板厚が０．１〜０．３mmと極薄でありながら平坦度
が良好である板ばね用ステンレス鋼帯を製造する方法を
提供する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、表面粗さ
の粗いワークロールを用いて鋼帯を０．３ｍｍ以下の厚
さに冷間圧延した場合に生じるねじれによる平坦不良を
解消するため、実験検討を重ねた結果、下記のような知
見を得た。

【００１６】１）ワークロールの表面粗さがＲａで１．
０〜２．５μｍと粗くなるとワークロールと鋼帯間の摩
擦係数がきわめて大きくなり、その結果圧延荷重が著し
く増大する。このような状態で圧延された鋼帯には、後
述する潜在的平坦不良が存在しており、これがねじれの
原因になっている。

【００１７】２）圧延荷重の増大が鋼帯の潜在的平坦不
良になる原因は、ワークロールが垂直方向と水平方向に
たわみ、鋼帯にその幅方向に不均一な残留応力の分布が
形成されるためである。

【００１８】３）また、上下のワークロールにたわみ差
があり、それは上下のワークロールと鋼帯との摩擦係数
に差があるために生じる。

【００１９】４）ワークロールの板道から外れた胴両端
部を中央部よりも直径を０．２mm以上小さくしたワーク
ロールで仕上げ冷間圧延を施すことにより、圧延荷重が
著しく低減され、ワークロールの垂直方向および水平方
向のたわみが減少し、鋼帯幅方向で不均一な残留応力の
分布が少なくなる。

【００２０】５）さらに、上下のワークロールの表面粗
さのＲｍａｘの差を３μｍ以下にすると特に水平方向の
ワークロールのたわみ差が小さくなり、ねじれ防止に有
効である。

【００２１】本発明はこのような知見に基づきなされた
もので、その要旨とするところは、「板厚が０．１〜
０．３ｍｍの板ばね用冷延ステンレス鋼帯の製造方法で
あって、ばね用ステンレス熱延鋼帯を冷間圧延し、焼鈍
を行った後、下記の段付きワークロールにより、仕上げ
冷間圧延することを特徴とする平坦度に優れた板ばね用
冷延ステンレス鋼帯の製造方法。

【００２２】有効胴長：被圧延材である冷延鋼帯の幅よ
りも５〜７０ｍｍ長い 有効胴部以外の両胴端部の直径：有効胴部の直径より
０．２ｍｍ以上小さい 有効胴部の表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）：１．０〜
２．５μm 上下ワークロールのＲｍａｘ差： ３μｍ以下 」にあ
る。

【００２３】表面粗さが、中心線平均粗さＲａで０.８
〜２ μm ときわめて粗く、かつ板厚が０．３mm以下と
薄いばね用ステンレス鋼帯の冷間圧延においては、鋼帯
表面に接するワークロール表面の粗さが大きいために、
鋼帯とワークロール間に作用する摩擦力が大きく、それ
に伴い圧延荷重も大きくなる。圧延荷重が大きくなると
ワークロールの垂直方向の変形（たわみ）が大きくなり
上下の胴端部同士が接触するいわゆるキスロールが発生
する。キスロールが発生すると外部から加えられる圧下
力のうち、鋼帯とワークロール間に有効に作用する圧下
力が小さくなるため、目標の出側板厚を得るために必要
な圧下力は著しく大きくなる。

【００２４】このような高摩擦、高圧延荷重の条件下で
仕上げ冷間圧延された鋼帯と圧延条件を解析した結果、
後記する潜在的平坦不良の原因にについては、ワークロ
ールの上下でロールと鋼帯との摩擦係数に大きな差があ
るとロールの水平方向のたわみ量にも差ができ、鋼帯の
上面側と下面側での残留応力にも差が発生し、それが潜
在的平坦不良を助長しているものと推定された。

【００２５】図２は、潜在的平坦不良を説明するための
図である。仕上げ冷間圧延された鋼帯から、圧延幅のま
ま圧延方向に適当な長さを有する長方形の短板を切り出
して静止状態にて観察したとき、図２に示すように圧延
方向に直角の一方の短辺４は上に凸であり、もう一方の
短辺５は下に凸の形状となる。このような小さな凹凸状
態が鋼帯全長に発生する。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の製造方法に用い
るワークロールの平面図である。このロールは、４段又
は６段冷間圧延機のワークロールとして用いる。両胴端
部ｅ（以下小径部と記す）の直径ｄeが有効胴部ｃの直
径ｄcより０．２ｍｍ以上小さい段付きの形状をしてい
る。有効ロール直径ｄcは、一般に使用されているロー
ルと同じ８０〜２５０ｍｍ程度でよい。 また、有効胴
長Ｌｃは鋼帯幅＋５〜鋼帯幅＋７０ｍｍとなっている。

【００２７】図１で示す段付きロールは、大径部と小径
部の境が直角になった例であるが、直径が大径部から小
径部にテーパー状に小さくなったもの、前記境にＲを付
与したものも当然段付きロールに含むものとする。ロー
ルの割れを防止する点からＲやテーパー状にしたものが
好ましい。以下に本発明の製造方法における限定理由を
説明する。

【００２８】有効胴長Ｌｃ（冷延鋼帯の幅よりも５〜７
０ｍｍ長い）：有効胴長とは、鋼帯を圧延することので
きるロール胴部の長さ、すなわち図１のＬｃ部をいう。

【００２９】Ｌc を鋼帯幅よりも５〜７０ｍｍ長くした
理由は、鋼帯幅＋５ｍｍ以下では、圧延中に生じる鋼帯
の蛇行によって鋼帯幅端部が有効胴部を外れ、未圧下状
態となることによって板破断に至る危険性があるためで
ある。また、鋼帯幅＋７０ｍｍを超えると、板厚が０．
１〜０．３ｍｍの鋼帯を圧延する場合にはキスロールの
回避が不十分であり、圧延荷重の低減効果も小さくなる
ためである。

【００３０】細径部ｅの直径ｄe（有効胴部ｃの直径ｄc
より０.２ｍｍ以上小さい）：ｄc とｄeの差が０.２ｍ
ｍ未満では、キスロールを回避することができないた
め、有効胴部と細径部との直径差を０．２ｍｍ以上とし
た。キスロールを避けるためには、いくら細径にしても
効果は変わらないので上限は限定しないが、ロール強度
に影響するほど細径にする必要はない。

【００３１】冷延鋼帯の厚さ（０．１〜０．３ｍｍ）：
本発明の方法は、厚さ０．３ｍｍ以下の極薄ステンレス
鋼帯の冷間圧延に有効であるため、製品の冷延鋼帯の厚
さの上限は０．３ｍｍとなる。また、０．１ｍｍ未満に
なると、圧延限界板厚に近くなって圧下率をほとんど取
ることができなくなるので下限を０．１ｍｍとした。

【００３２】ロールの表面粗さ： 中心線平均粗さＲａで１．０〜２．５μm：表面に印
刷が必要な用途や耐疵付き性が必要とされるような用途
に要求される冷延鋼帯の表面粗さが０．８〜２μm であ
る。本発明の方法は、このような表面粗さが粗い冷延鋼
帯の製造を対象としている。圧延時にロールの表面を鋼
帯表面に転写して上記範囲の表面粗さにするためにはロ
ールの表面粗さを中心線平均粗さで０．８〜２μｍとす
る必要がある。

【００３３】ワークロール表面粗さを目標とする鋼帯表
面の粗さよりも粗くしておくのは、ワークロールと圧延
鋼帯間に介在する圧延油の油膜により転写率が低下する
ためである。

【００３４】なお、上記用途の冷延鋼帯は、表面粗さの
最大高さＲｍａｘが５〜２０μｍであることが要求され
る場合が多いが、その場合は表面粗さＲｍａｘが１０〜
１６μｍ程度のロールを用いるとよい。

【００３５】上記表面粗さＲａ、ＲｍａｘはＪＩＳ Ｂ
０６０１に規定されているものとする。

【００３６】上下ワークロールのＲｍａｘの差（３μ
ｍ以下）：高圧延荷重下でワークロールが水平方向にた
わむとき、上下ロールのたわみ量に差が生じる大きな原
因は、上下ロールのＲｍａｘの差にある。

【００３７】図４は、上下ワークロールのＲｍａｘの差
とねじれ量との関係を示す図である。この図は、下記の
実験により求めたものである。

【００３８】ＳＵＳ３０４オーステナイト系ステンレス
鋼の熱延鋼帯を、冷間圧延で板厚０．１６０ｍｍ、幅６
６０ｍｍに仕上げ、光輝焼鈍を施した後、下記する種々
の表面粗さのワークロールを用いた６段圧延機で板厚
０．１５０ｍｍに１パスで仕上げ冷間圧延した。各冷延
鋼帯を幅６８ｍｍで圧延方向に長い条材９条に切断し、
鋼帯の片方のエッジ側から採取した各条材から、ねじり
測定用の長さ７００ｍｍの短冊試片を切り出し、図３の
Ｓが５００ｍｍである位置のねじれ量を測定した。

【００３９】上下ワークロール寸法（記号は図１のも
の）： ・胴全長（Ｌ） ： ８００ｍｍ ・有効胴長（Ｌｃ）： ７２０ｍｍ ・有効胴部直径（Ｄｃ）： １３０ｍｍ 上下ワークロール中心線平均粗さＲａ：１．５μｍ 上下ワークロールのＲｍａｘ差：０〜５．５μｍただ
し、Ｒｍａｘ２５μｍ以下 図４から、明らかなように上下ワークロールのＲｍａｘ
の差が３μｍ以下であればねじれ量が８ｍｍと極めて小
さくなっている。ねじれ量が８ｍｍ以下であれば製品形
状にプレスで打ち抜く際に問題とならないために、上下
ワークロールのＲｍａｘ差を３μｍ以下とした。また、
当然のことながらＲｍａｘの差は小さいほどよく、差が
ないのが好ましい。

【００４０】なお、ロールの表面粗さは通常のロール研
磨方法では、Ｒｍａｘで１０〜２４μｍのバラツキが生
じている。ロール間でＲｍａｘの差を０．３μｍ以下に
するには、ロール研磨時の研磨条件を調整することによ
り可能である。例えば、研磨時に供給する冷却水を少な
く、砥石の回転スピードを遅く、また砥石の押し付け力
を小さくすると、表面粗さを小さくすることができる。

【００４１】板ばね用ステンレス鋼帯：板ばね用ステン
レス鋼帯は通常の化学成分のものであればよく、特に限
定するものではないが、オーステナイト系のＳＵＳ ３
０１−ＣＳＰ、３０４−ＣＰＳなどが好適である。

【００４２】仕上げ冷間圧延を行う前の冷延鋼帯を焼鈍
するのは、次の仕上げ冷間圧延のために軟化するためで
あり、通常オーステナイト系で実施されている１１００
℃程度の温度で行えばよい。本発明に用いるばね用ステ
ンレス熱延鋼帯は通常の方法で製造されたものでよく光
輝焼鈍または大気中で焼鈍を施した後、デスケーリング
し、疵取りを行い、次いで通常の方法で冷間圧延を行
う。この冷間圧延では中間焼鈍を入れてもよい。

【００４３】以下、実施例に基づき本発明の効果につい
て説明する。

【００４４】

【実施例】表１に示す化学成分の板厚３．０ｍｍ、幅６
８０ｍｍの熱延オーステナイト系ステンレス鋼帯（ＳＵ
Ｓ３０４）に対し焼鈍、酸洗、疵取りを行い、次いで６
段冷間圧延機により、２回の中間焼鈍を施して冷間圧延
を行った。冷間圧延後の寸法は、板厚０．１６１ｍｍ、
板幅６６０ｍｍであった。

【００４５】

【表１】

【００４６】この冷延鋼帯に１１００℃で光輝焼鈍を施
し、表面の中心線平均粗さＲａで１．４４μｍ、（上ロ
ール：Ｒｍａｘ１２．１μｍ、下ロール：Ｒｍａｘ１
２．７）に研磨された下記段付き形状のワークロールを
６段圧延機に組み込み、１パスで仕上げ冷間圧延を行い
板厚０．１５０ｍｍとした。得られた冷延鋼帯の表面粗
さは、Ｒａで１．２２μmで、ビッカース硬さは２７４
〜２８５であった。 段付きワークロール 有効胴長（Ｌｃ）：７２０ｍｍ 小径部を含む胴長（Ｌ）：８００ｍｍ 有効胴長部（大径部）の直径（ｄｃ）：１３３ｍｍ 小径部の直径（ｄｅ）：１３２．５ｍｍ また、比較のために従来法に従って、前記の仕上げの冷
間圧延に用いた６段冷間圧延機において、前記のＳＵＳ
３０４鋼帯を表面の中心線平均粗さＲａ が１．３６μm
に研磨された段付き部のない通常のワークロールを用い
て１パスで板厚０．１５０ｍｍまでの仕上げ冷間圧延を
行った。使用したワークロールの全長は８００ｍｍ、直
径は１３４ｍｍである。

【００４７】得られた冷延鋼帯の表面粗さは、Ｒａ１．
１６μmであった。

【００４８】圧延は、本発明法によって６コイル、従来
法によっても６コイル行った。

【００４９】本発明法による圧延荷重は１８０〜２４０
ｔｏｎｆ、従来法による圧延荷重は４２０〜４８０ｔｏ
ｎｆであった。圧延された全ての鋼帯を６８ｍｍ幅の条
にスリットした。１鋼帯当たりのスリットによる採取条
数は９条である。

【００５０】なお、得られた条のビッカース硬さは２７
４〜２８５であった。

【００５１】このようにして得た各条材から、長さ７０
０ｍｍの短冊試片を切出し、これらの短冊の長さＳが５
００ｍｍの位置の「ねじれ量」を図３に示す方法で測定
した。

【００５２】すなわち、図３の短冊１の上端からの距離
Ｓが５００ｍｍの点ａおよび点ｂから、各々水平方向に
測定した垂直平面までの距離ＤaおよびＤbの値を用い
て、「ねじれ量」△Ｄ＝｜Ｄa−Ｄb｜を１ｍｍ単位で測
定した。

【００５３】図５は、スリットされた条の「ねじれ量」
の測定結果で、発生率分布を示す図である。

【００５４】図５から明らかなように、本発明の方法で
圧延した鋼帯からスリットされた条の「ねじれ量」は最
大４ｍｍで、０が６０．９％である。従来法で圧延した
鋼帯からスリットした条の「ねじれ量」は最大１２ｍｍ
以下で、５ｍｍが１６．８％もあり、本発明の方法で
は、従来法に比較してねじれ量が著しく低減されてい
る。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、仕上げ冷間圧延におい
て発生するキスロールを回避して、圧延荷重の低減と、
幅方向の残留応力の均一化がなされ、平坦度が良好で表
面粗さが極めて粗い板ばね用ステンレス鋼帯を容易に得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法に用いるワークロールの平面
図である。

【図２】従来法で圧延した鋼帯に現れる平坦不良の説明
図である。

【図３】スリット後の条に現れる「ねじれ」とその測定
方法の説明図である。

【図４】上下ワークロールのＲｍａｘの差とねじれ量と
の関係を示す図である。

【図５】「ねじれ」の発生率分布を示す図である。

【符号の説明】

ｃ 有効胴部 ｅ 両胴端部（小径部） ｄc ｃ部の直径 ｄe ｅ部の直径 Ｌc 有効胴長 Ｌe ｅ部の長さ Ｌ 全胴長 １ 条から採取した短冊

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板厚が０．１〜０．３ｍｍの板ばね用冷延
   ステンレス鋼帯の製造方法であって、ばね用ステンレス
   熱延鋼帯を冷間圧延し、焼鈍を行った後、下記の段付き
   ワークロールにより、仕上げ冷間圧延することを特徴と
   する平坦度に優れた板ばね用冷延ステンレス鋼帯の製造
   方法。 有効胴長：被圧延材である冷延鋼帯の幅よりも５〜７０
   ｍｍ長い 有効胴部以外の両胴端部の直径：有効胴部の直径より
   ０．２ｍｍ以上小さい 有効胴部の表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）：１．０〜
   ２．５μm 上下ワークロールのＲｍａｘ差： ３μｍ以下