JPS6320192A - 冷間圧延ロ−ルの粗面化方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は冷間圧延ロールの粗面化方法に関し、さらに詳
しくは金属材料の冷間圧延または調質圧延ロールを所望
のパターンと凹凸深さに粗面化し、維持する方法に関す
る。

〔従来の技術〕

金属材料の圧延鋼板の重要な品質として表面品質がある
。表面品質には、美麗さ、塗装やほうろうの密着性、プ
レス加工性、耐食性、光沢などがあるが、それらの特性
に板の幾何学的形状すなわち表面粗さが重要な影響を及
ぼす。

それぞれの用途に応じた望ましい表面粗さを持つ金属表
面を得る最も普通の方法は、冷間圧延ロールまたは／お
よび調質圧延ロール表面を所定の粗さに加工しておき、
このロールで鋼板を所定の圧力で圧延し、板表面にロー
ル表面の粗さを転写せしめる方法である。

ロール表面を粗面化する方法として従来広く行われてい
る方法には、 （１）ショツトブラスト （２）放電加工法 がある。

ショツトブラストは非常に簡便であり、またこの加工に
よりロール表面が加工硬化してロールの耐摩耗性を向」
ニさせるなどの利点を持っているが、粗さが不均則であ
ること、深い粗さがつけにくいことなどの欠点がある。

放電加工法では、粗さの制御は回転するロールと軸方向
に移動する電極との間の印加電圧と周波数を変えること
により行うが、クレータの大きさを決定する火花の及ぶ
範囲は電極の形状寸法によって決まるので、ある限界を
超えて微細な、ピッチの小さな粗さを得ることは難しい
。また放電加工によって生じた凸部は、機械的に弱く、
圧延中のロールの初期摩耗が激しく、転写された板表面
粗度の変化が激しい。

−に記の２つの方法に対し最近レーザビームを用いる加
工方法（以下レーザダル加工と記す）が提案されている
。例えば特開昭５６−１６０８９２、特公昭５８−２５
５５７、特開昭５４−６１０４３、特開昭５５−９４７
９０などである。

いずれにもレーザパルスをいかに照射するかについて詳
細に述べられているが照射されたロールの特性について
は言及されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

発明者らはレーザダル加工に基づくロール表面粗面化技
術を工業化すべく研究に着手した。レーザダル加工によ
り粗面化したロールを用い調質圧延したところ、ロール
の初期の摩耗がかなり大きく、本方法の効果が十分発揮
できないことが判明した。

その原因を追求するためにロールを輪切りにして、表面
近傍の断面組織および硬度分布を調べた結果、凸部のご
とく表面近くに母材よりも軟い残留オーステナイト相が
存在することが分った。

本発明はかかる点に着目し、圧延しても摩耗が少なく、
従って粗度低下の少ないパルスレーザによる圧延ロール
の表面粗面化方法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明は、冷間圧延用ロール表面に粗面化加工
を施すに際し、 ａ）　ロール表面に５Ｘ１０４〜９Ｘ１０８Ｗ／ｃｒｒ
ｒのエネルギー密度のレーザビームを照射することによ
りロール表面を粗面化する工程、ｂ）　少なくともレー
ザビーム照射部分をサブゼロ処理をする工程、 の２工程の処理を行うことを特徴とする冷間圧延ロール
の粗面化方法である。

さらに本発明の第２発明は上記第１発明と主要部を等し
くし、上記ａ）レーザビーム照射工程、ｂ）サブゼロ処
理工程を経た後に、 Ｃ）低温焼戻し処理を施す工程 を加えことを特徴的技術手段としている。

〔作用〕

レーザダル加工後のロール表面層の軟い部分は一旦溶融
した金属が急冷され、マルテンサイトに十分変態できず
にオーステナイト相が４０％以上残留したものである。

この部分に十分な耐摩耗性を発揮できる硬度を与える有
効な手段の１つはロール表面をサブゼロ処理し残留オー
ステナイトをマルテンサイト変態させることである。

ただしマルテンサイト相だけの場合硬度は高いが靭性が
低いため圧延中の欠落を生じやすい。

これに対して残留オーステナイト量が１５％〜２５％と
なるようにサブゼロ処理を行うことによって硬度は少し
落ちるが、適切な靭性を得ることができる。

さらに、サブゼロ処理後に低温焼戻し処理を行うと完全
に表面硬化部の脆さを回避することができる。

本発明方法は上記技術手段により、ロールの寸法精度を
悪化させることなく、サブゼロ処理することにより、さ
らには低温焼戻しにより、従来法に比し格段に優れた耐
摩耗性を付与し、板面粗度変化を著しく小さく抑えるこ
とができる。

〔実施例〕

以下、実施例に基づき、詳細に説明する。

第１図に、本発明の実施に好適に用いることのできる粗
面化装置の全体図を示す。

旋盤あるいは研削盤などの工作機械と類似の構成からな
るロールの回転支持装置２にロールｌを装着し、所定の
速度で回転させる。

一方レーザ発振器３から出力されたレーザビームは複数
のミラーを介して、ロール表面に大略垂直に照射される
。レーザビームは、光学装置により所定のビームに調整
され、更にロール表面に焦点を合わせて絞られる。レー
ザ照射ヘッド部４はロール回転と同期した駆動ネジ５の
回転によりロール軸方向にこれと平行して移動すること
ができる。レーザビームはＱスイッチにより所定の周波
数にパルス化するか、あるいはメカニカルチョッパによ
りパルス化することができる。このパルスの周波数と出
力およびロール回転数とレーザ照射ヘッドの移動速度の
設定によって表面粗さのパターン、深さを制御すること
ができる。

本発明方法ではこの操作の後にロール表面に例えば液体
窒素を吹き付けるサブゼロ処理を行う。

サブゼロ処理として液体窒素吹き付けに限らず如何なる
手段でもよく、例えばドライアイス液にロールをつけて
もよい。

次に、さらに低温焼戻し処理を行うと好適な靭性を得る
ことができる。

このような処理を施されたロールは表面まで母材と同等
の硬度靭性を有し、優れた耐摩耗性を示す。

次に具体的な実施例に基づき具体的な処理条件を示す。

実験に用いた圧延機は実験室的な小型圧延機であり、そ
のロールの直径は７０　ｍ　ｍである。本ロールを用い
てフープ状材料を連続圧延してロールの摩耗、材料面の
粗度変化を調べた。

実験に供したロールの化学成分は、 Ｃ：０．８５重量％ Ｓｉ：０．８　　重量％ Ｍｎ：０．４　　重量％ Ｎｉ：Ｏ，１５重量％ Ｃｒ：２．９　　重量％ Ｍｏ：０．２９重量％ Ｖ：０．０１重量％ であり、広く用いられている成分系である。

ロールの製造プロセスは次のようである。

すなわち、上記成分の溶鋼を鋳造した後、温度１１００
℃で鍛造比３．５まで鍛造した。その後９５０℃に加熱
空冷するいわゆるノルマ処理を施した。これを８００℃
ＸＩＯ時間および７００℃ＸＩＯ時間のカーバイド球状
化処理をした後、所定の寸法に機械加工した。機械加工
後９００℃加熱後油中に焼入れを施した後、６５０℃の
焼戻しをし、再び機械加工を施し最終寸法にまで仕上げ
た。更に表面層を誘導加熱により９００℃に加熱後水中
に焼入れをし、１５０℃の低温焼戻しを行い、しかる後
最後の表面研磨をした。

このような処理を施したロールは、マルテンサイト素地
中に球状炭、化物が一様に分布している健全な組織を示
す。

このロール表面に本装置を用いて、メカニカルチョッパ
を用いてパルス化したＣ０２ガスレーザビームを照射し
所定の粗さに粗面化加工を施した。

レーザ照射条件として、 レーザ出カニ２ｋＷ パルス周波数：５６ｋＨｚ エネルギー密度：　６．４Ｘ　１０８　Ｗ／Ｃｍ′ｌパ
ルス当りの照射時間＝１３ルｓｅｃ照射されてロール表
面にできたクレータのピッチ二ロール円周方向、軸方向
とも １７０１１、ｍ である。得られたロール粗度はＲｍ　ａ　ｘが約１５Ｉ
Ｌｍである。

このように粗面化したロール表面近傍の硬度分布を測定
した結果を第２図に示す。

粗面化後のロールをＩＯＲＰＭで回転させながら、液体
窒素（−１９６℃）を吹き付けた場合のロール表面の硬
度分布を第３図に示す。溶融帯の残留オーステナイトは
ほぼ完全にマルテンサイト化し、母材より高い硬度を示
している。

ここで例えば特開昭５１−４５６１４、特開昭５４−１
５９３６７に放電加工後のサブゼロ処理で硬化させロー
ルの耐摩耗性を向上させている。

しかしながら、本レーザダル加工を施したロールをＯ℃
〜−１５０℃の範囲でサブゼロ処理を施し、その硬度を
圧延後の粗度低下を詳細に調査した結果、極低温でサブ
ゼロ処理をするとレーザ照射部の表面層が脆くなり、か
えって粗度低下が大きくなることを見出した。

つまり残留オーステナイト量と硬度、粗度低下量との関
係を第４図に示す。粗度低下量としてはフープ材を１０
０　ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎの速度で実機換算でｓｏｋｍｈ
ｎＲ圧延後の粗度減少率（％）で算出したものである。

第４図から残留オーステナイト量が少ないと硬度は高い
が、粗度低下が大きく残留オーステナイト量が１５％〜
３０％の範囲ではロール摩耗量が最も小さいことが分る
。

従って、残留オーステナイト量が１５％〜３０％となる
サブゼロ処理を施すことで耐摩耗性の高い状態が得られ
る。

ダル加工のままのロールと残留オーステナイト量が５％
と２０％のロールを用い板厚０．８ｍｍの低炭素Ａｎキ
ルド鋼の冷延後焼鈍した板を圧下率０．８％で調質圧延
をし、板面粗度変化を調べた結果を第５図に示す。

第５図で明らかなように残留オーステナイト量が２０％
となるようにサブゼロ処理をしたロールおよびそれで圧
延された板では残留オーステナイト量が５％のロールよ
りも圧延初期の段階での粗度低下が大幅に軽減される。

次にロールを１５０℃で３時間低温焼戻し処理を行った
ロールの表面硬分布を第６図に示す。硬いマルテンサイ
ト層は低温焼戻しにより微細なε炭化物を析出し、硬度
は少し低下するが靭性を有する組織となっている。

サブゼロ処理のみ行ったロールとその後低温焼戻しを行
ったロールを用い、板厚０．８　ｍ　ｍの低炭素Ａｎキ
ルド鋼の冷延後焼鈍した板を圧下率０．８％で調質圧延
をし、板面粗度変化を調べた結果を第７図に示す。

第７図で明らかなように低温焼戻し処理を施したロール
では靭性が高く、圧延中の欠けが少ない１ま ため、特に圧延初期の段階での粗度の低下が極めて少な
い。

なお以上の説明ではダル加工後にサブゼロ処理、次に低
温焼戻し処理というように別個に処理を行うように述べ
たが、ダル加工装置の中に、例えば液体窒素を吹き付け
るノズルを配置したサブゼロ設備あるいは低温焼戻しが
行える加熱装置を組み込み、順次２つあるいは３つの作
業を進めてもよく、これによりロールの粗面化の加工能
率を大幅に向上させることができる。

〔発明の効果〕

本発明の第１発明では、レーザ粗面化加工と残留オース
テナイト量が１５％〜３０％となるサブゼロ処理とを組
み合わせることによりロールの摩耗、板面粗度低下が大
幅に改善される。

次に本発明の第２発明ではレーザ粗面化加工とサブゼロ
処理、その後の低温焼戻し処理とを組み合わせることに
よりロールの摩耗が大幅に改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を好適に実施することのできるロー
ル粗面化加工装置の斜視図、第２図、第３図、第４図、
第６図はロールの表面からの深さと硬度との関係を示す
グラフ、第５図、第７ＵｇＪは実機換算圧延長さと平均
表面粗さとの関係を示すグラフである。 １・・・ロール　　　　　２・・・ロール回転支持装置
３・・・レーザ発振器　　４・・・レーザ照射ヘッド５
・・・レーザ駆動ネジ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　冷間圧延用ロール表面に粗面化加工を施すに際し、
   ロール表面に５×１０＾４〜９×１０＾６Ｗ／ｃｍ＾２
   のエネルギー密度のレーザビームを照射することにより
   ロール表面を粗面化した後、少なくとも照射部分をサブ
   ゼロ処理をすることを特徴とする冷間圧延ロールの粗面
   化方法。 ２　冷間圧延用ロール表面に粗面化加工を施すに際し、
   ロール表面にレーザビームを照射することによりロール
   表面を粗面化した後、少なくとも照射部分をサブゼロ処
   理をし、さらに低温焼戻し処理を施すことを特徴とする
   冷間圧延ロールの粗面化方法。