WO2009110251A1 - 金属条の連続繰り返し圧延方法 - Google Patents

Abstract

　非対称圧延（Ｓ１）とスキンパス圧延（Ｓ３）の組み合わせによる圧延の流れを示す。非対称圧延としては異周速圧延を行い、板形状の崩れた金属条は巻き取り機によって一旦トラバース巻き（ジグザグとなることを許容するルーズ巻き：Ｓ２）する。続いてスキンパス圧延を行い、今度は整然としたコイル状の巻き取り（Ｓ４）を行う。この圧延フローにおいて明らかなように、途中にトラバース巻き（Ｓ２）を行うことなく、非対称とスキンパスを連続して行うように２つ以上の圧延機を並べてタンデム圧延を行っても良い。

Description

金属条の連続繰り返し圧延方法

　本発明は、金属条を上下非対称な圧延ロール条件で連続して繰り返し圧延する際に利用する金属条の連続繰り返し圧延方法に関する。

　金属条を上下の圧延ロール条件が非対称となるせん断変形圧延を行うと、せん断変形で導入された特有な圧延集合組織が発達することが知られている。圧延ロール条件が非対称となるせん断変形圧延の方法としては、例えば、上下一対のロールが相互に異なる速度で回転する異周速圧延法（非特許文献１参照）や一対のロールと金属板材との各界面における摩擦係数を相互に異なるようにした状態で圧延する方法（特許文献１参照）などが挙げられる。
左海哲夫、宇都宮裕、齋藤好弘、「アルミニウム板へのせん断変形の導入と集合組織の制御」、軽金属（社団法人軽金属学会発行）、２００２年１１月、第５２巻、第１１号、ｐｐ．５１８－５２３ 特開昭５３－１３５８６１号公報

　しかしながら、金属条にせん断変形を導入すべく連続的に繰り返し非対称なせん断変形圧延を行おうとすると、金属条の板形状、特に平坦性が失われやすい。板形状が悪化する例としては、板の長さ方向に大きな湾曲が生じたり、板の幅方向に大きなうねりが生じたりし（図７参照）、さらには板表面がざらざらしたマット状態になる（図８参照）ことが挙げられる。その結果として、圧延機を挟んで配置された金属条の払い出し機から巻き取り機までの間に蛇行が生じたり、コイル状に巻き取る際に巻き崩れが生じたりするため、連続して繰り返し非対称圧延することは困難だった。

　この問題を解決するための一方法として、金属条に張力を掛けながら圧延することが考えられる。しかし十分な矯正効果を得ようとすると、払い出し機や巻き取り機に相当の張力機構を加える必要が生じ、（払い出し）－（非対称圧延）－（巻き取り）の間のバランスを保ちながら制御圧延することは経済的にも技術的にも大変困難なものとなる。さらに圧延形状が悪かったり、前述のバランスが崩れると、金属条が張力に負けて破断してしまうこともたびたび起こった。

　本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、せん断集合組織を保ちながら、圧延荷重を増大させることなく、巻き取り容易な程度に平坦性を持つ金属条を得ることを主目的とする。

　本発明者は、せん断集合組織を保ちながら、圧延荷重を増大させることなく、巻き取り容易な程度に平坦性を持つ金属条を得ることを目的として、鋭意研究を行った。例えば、非対称圧延を行った後に対称圧延（この場合の対称圧延は当該業者の誰しもが通常行っている潤滑状態で上下等速な圧延方法を示すものとするが）を様々な条件下で行ってみた。そうしたところ、単純に対称圧延を行うことで、板厚が全体一様になるまで十分量減少させれば板形状も矯正され、平坦性が回復することが分かった。

　しかし、このような従来技術から安易に想定される方法では、せっかく導入されたせん断変形特有の圧延集合組織（これ以降「せん断集合組織」と称する；図９参照）を壊し、さらに板厚方向全域にわたって導入されていたせん断変形（図１０参照）を表面近傍で大きく壊してしまい、従来の対称圧延で導入される圧縮変形の状態（図１１参照）に引き戻すように働くことも同時に判明した。また対称圧延に必要となる圧延力（圧延荷重とも換言できるが）は非対称圧延の場合の２倍以上になり、圧延機の負荷を増大させた。

　その後、本発明者はさらなる工夫を鋭意研究した結果、対称圧延によって板形状を矯正する際に、その条件を板厚減少率で３～１０％範囲に限定した軽い圧延（いわゆるスキンパス圧延）を行うと良い傾向が得られた。さらに駆動トルク（Ｇ）・圧延ロール半径（Ｒ）・圧延荷重（Ｐ）との組み合わせ条件を追求した結果、同じ３～１０％の板厚減少率を維持しながら、圧延ロールと金属条との摩擦係数μ（μ＝Ｇ／ＲＰ）が０．０５～０．１２の範囲に入るよう調節すればせん断集合組織を壊すことなく（図１参照）、平坦性が回復し、板表面への悪影響も無視し得る程度に留められることを見出した。

　かような知見に立脚し、さらに各条件を追求した結果、従来想定された方法では解決できなかったせん断集合組織を保ちながら、圧延荷重を増大させることなく、巻き取り容易な程度に平坦性を持つ金属条のスキンパス圧延方法を発明し、さらに非対称圧延と対称圧延を適宜組み合わせることによって金属条を連続繰り返し圧延する方法の発明の完成に至った。

　すなわち、本発明の金属条の連続繰り返し圧延方法は、
　金属条を連続して繰返し圧延する方法であって、
　圧延ロールと金属条との間の圧延条件が上下ロール間で非対称となるせん断変形圧延を１回行った後に続いて、上下ロール間で対称となる圧延条件によって板厚減少率３％以上１０％以下の範囲のスキンパス圧延を１回行うものである。

　本発明の金属条の連続繰り返し圧延方法によれば、圧延荷重を増大させることなく、導入されたせん断集合組織を保ちながらもコイル状に巻き取ることが容易となる平坦な金属条を、連続して繰り返し圧延する方法を提供することができる。この際には経済的・技術的な負荷を増大させることがない。

本発明の実施例によるスキンパス圧延後のせん断集合組織を示す｛１１１｝極点図である。 本発明の連続して繰り返し圧延する方法のフローチャートである。 ３タンデム構成のタンデム圧延機の説明図である。 一台の圧延機でせん断変形圧延とスキンパス圧延とを交互に繰り返すときの説明図である。 本発明の実施例によるスキンパス圧延後の板形状を示す写真である。 本発明の実施例によるスキンパス圧延後の板表面状態を示す写真である。 従来技術により板形状を示す写真である。 従来技術による板表面状態を示す写真である。 従来技術によるせん断集合組織を示す｛１１１｝極点図である。 非対称圧延で導入されるせん断変形の状態を長さ方向に切った断面から見た図である。 対称圧延で導入される圧縮変形の状態を長さ方向に切った断面から見た図である。

　以下に本発明の好ましい実施の形態を説明する。図２に本発明の基本となる非対称圧延（Ｓ１）とスキンパス圧延（Ｓ３）の組み合わせによる圧延の流れを示す。非対称圧延としては異周速圧延を行い、板形状の崩れた金属条は巻き取り機によって一旦トラバース巻き（ジグザグとなることを許容するルーズ巻き：Ｓ２）する。続いてスキンパス圧延を行い、今度は整然としたコイル状の巻き取り（Ｓ４）を行う。この圧延フローにおいて明らかなように、途中にトラバース巻き（Ｓ２）を行うことなく、非対称とスキンパスを連続して行うように２つ以上の圧延機を並べてタンデム圧延を行っても良い。図３は、３タンデム構成のタンデム圧延機の説明図である。このタンデム圧延機によれば、非対称圧延とスキンパス圧延を前後縦列的に並べた一貫圧延を行うことが可能であり、Ｌ行きでもＲ行きでも、常に平坦性を保ちながらリバーシブルにせん断圧延することができる。なお、Ｌ行きではＲ圧延機、Ｒ行きではＬ圧延機の上ロールを上げておくことになる。また、図４は、一台の圧延機でせん断変形圧延とスキンパス圧延とを交互に繰り返すときの説明図である。この圧延機では、上下ロール間で非対称となるせん断変形圧延を行い、得られた金属条を一旦トラバース巻きしたあと、上下ロール間で対称となる圧延条件によってスキンパスを行う。具体的には、作業Ｓ１～Ｓ４を繰り返す。

　スキンパス圧延（Ｓ３）は板厚減少率で３％以上１０％以下の範囲で行うことが好ましい。この範囲内にあれば、対称圧延による圧縮変形によってせん断集合組織を壊してしまう恐れがなく、板表面近傍であっても導入されたせん断変形状態が崩れないためである。

　３％に満たないような僅かな圧延は板厚制御が困難であって、板形状の矯正効果も見られない。２回以上繰り返したとしても非効率となり、経済的でない。

　一方１０％を超えた圧延を行うと板形状の矯正効果は見られるが、せん断集合組織を大きく壊してしまい、板厚表面付近でせん断変形状態を崩すことにつながる。また必要な圧延力の増大を招き、条の板厚や板幅によっては圧延荷重が装置能力を超えてしまいかねないので好ましくない。

　スキンパス圧延（Ｓ３）は、圧延中のロールと金属条との間の摩擦係数μが０．０５以上０．１２以下の範囲で行うことが好ましい。以下に限定理由を述べる。圧延中のロールと金属条との間の摩擦係数μは、便宜的にロールに掛かる駆動トルクＧを圧延ロール半径Ｒと圧延力Ｐとで除した数値（Ｇ／ＲＰ）として決められる。通常圧延ロール径Ｒは圧延機において簡単に交換できるものでないため必然的に固定される。よって実際には駆動トルクＧと圧延力Ｐのバランスをどのように調節するかで摩擦係数μが決められる。０．０５以上０．１２以下となるように駆動トルクＧと圧延力Ｐを選択することで、せん断圧延成分にも圧縮圧延成分にも偏りすぎないスキンパス圧延を行うことができ、この範囲であれば１回の圧延で３～１０％の板厚減少率に制御可能であった。またスキンパス圧延後もせん断集合組織や板表面近傍のせん断変形状態を壊すことがなかった。

　摩擦係数μが０．０５よりも小さい場合、すなわち駆動トルクＧに対して圧延力Ｐが極めて大きい場合には圧縮圧延成分に偏りすぎ、１回の圧延による板厚減少率が１０％を大きく超えやすく、またせん断集合組織を壊し、板表面近傍では特にせん断変形が崩れやすくなる。

　逆に摩擦係数μが０．１２よりも大きい場合、すなわち圧延力Ｐに対して駆動トルクＧが極めて大きい場合には依然として金属条表面付近ではせん断圧延成分に偏りすぎとなり、板形状の矯正効果はなく、１回の圧延による板厚の減少率は場所によって不安定となり１０％を超えてしまう場所と１０％以下に留まる場所が混在してしまう。

　以下に、本発明の好適な実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の態様で実施できることはいうまでもない。

　ここでは、実施例１～７及び比較例１～５について実験を行った。各実施例及び各比較例において、圧延に供した金属条は幅５０ｍｍの工業用ベリリウム銅条（ＪＩＳ　Ｈ３１３０　Ｃ１７２０Ｒ）とし、コイル状に巻いた３０Ｋｇ程度の量を厚さ１ｍｍから０．２７ｍｍまで上下異周速による非対称圧延を行った。この際の板形状を図７に、せん断集合組織を図９に示す。

　この金属条を一旦トラバース巻きした後に、同じ圧延装置を用いて対称圧延となるスキンパス圧延を行った。このスキンパス圧延は、各実施例及び各比較例ごとに各種の条件を変えて行った。そのときの条件を表１にまとめた。表１に示すように、条件としては、（１）板厚減少率、（２）駆動トルク、（３）ロール半径、（４）圧延加重、（５）摩擦係数について検討した。なお、ロール半径については変化させることなく一定の値を採用した。例えば、実施例２では、駆動トルクＧ＝１．１２５ｋＷ（１，１２５Ｎｍ）、ロール半径Ｒ＝６７．５ｍｍ（０．０６７５ｍ）、圧縮力Ｐ＝１５７ｋＮ（１５７，０００Ｎ）の条件を選択し、摩擦係数μ（＝Ｇ／ＲＰ）＝０．１０６として１回圧延した。このスキンパス圧延の後の板厚は圧延前に比べて６％減少し、０．２５４ｍｍとなった。スキンパス圧延後の板形状は図５に示すように矯正された。またせん断集合組織も図１に示すように維持されており、板の表面は図６に示すように滑らかな表面へと改善された。なおスキンパス時に与える圧縮力（圧縮荷重）Ｐは、圧延機の構造から理解されるように上下のロール間隔を大小調節することで調節され、実際には適切な圧延力となる時の間隔の大きさを決めることで管理される。

　駆動トルクＧ、ロール半径Ｒ及び圧縮力Ｐは、それぞれ以下のようにして求めた。すなわち、トルクＧは、駆動モータに発生するトルク成分ベクトル指示値を直流電圧で取り出し、定格出力に対する割合から算出して求めた。また、ロール半径Ｒは、ノギスで測定した。また、圧縮力Ｐは、圧延荷重であり、予め圧延装置に設置したロードセルで出力信号を測定し、Ａ／Ｄ変換して荷重に換算した。

　各実施例及び各比較例で得られた金属条の性質を表１にまとめた。得られた金属条の性質としては、（６）平坦性（目視判定）、（７）せん断集合組織（極点図）、（８）板表面状態（手触り）、（９）表面粗さＲａ、（１０）コイル巻き崩れについて検討した。具体的には、（６）の平坦性は、スキンパス圧延後の長さを約１０００ｍｍに切断した金属条の板形状を定板の上に静置して目視し、高さが５０ｍｍ（５％）を超えないようであれば良好、そうでなければ不良と判定し、（７）のせん断集合組織は、その崩れ具合を極点図測定結果を見てせん断集合組織の主方位となる｛１１１｝＜１１０＞方位への集積強度、すなわち極点図中の等高線３以上の領域が消失せずに残っているようであれば良好、そうでなければ不良と判定し、（８）の板表面状態は、手触りによってマット表面か滑らかな表面か官能評価した。（９）の算術平均粗さＲａ（μｍ）は、ＪＩＳ　Ｂ　０６５１　触針式表面粗さ測定器を用い、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１　表面粗さに準拠して測定した。この算術平均粗さＲａは、表面の滑らかさの補足的な判断となるものであり、これにより改善効果を判断した。（１０）のコイル巻き崩れは、スキンパス圧延直後に自動巻き取り機によって内径３００ｍｍの鉄リング上に巻き上げる際に、巻き崩れの有無を目視で判定した。表１に示すように、実施例１～７では金属条の性質（６）～（１０）の全てにつき満足する結果が得られたが、比較例１～５では全てを同時に満足する結果が得られなかった。

　本件は、２００８年３月７日に出願された日本国特許出願第２００８－０５７６４６号を優先権主張の基礎としており、その内容の全てが引用により本明細書に含まれる。

　本発明は、金属加工技術に利用可能である。

Claims (5)

1. 　金属条を連続して繰返し圧延する方法であって、
   　圧延ロールと金属条との間の圧延条件が上下ロール間で非対称となるせん断変形圧延を１回行った後に続いて、上下ロール間で対称となる圧延条件によって板厚減少率３％以上１０％以下の範囲のスキンパス圧延を１回行う、
   　金属条の連続繰り返し圧延方法。
2. 　前記上下ロール間で対称となる圧延条件において、圧延中のロールと金属条との間の摩擦係数μ（μ＝Ｇ／ＲＰで求まる無次元数，μ：圧延ロールと金属条との摩擦係数，Ｇ（Ｎｍ）：圧延ロールに掛かる駆動トルク，Ｒ（ｍ）：ロール半径，Ｐ（Ｎ）：圧延荷重）が０．０５以上０．１２以下となるように板厚減少率３％以上１０％以下の範囲のスキンパス圧延を１回行う、
   　請求項１に記載の圧延方法。
3. 　前記非対称圧延と前記スキンパス圧延を交互に繰り返す、
   　請求項１又は２に記載の圧延方法。
4. 　前記非対称圧延と前記スキンパス圧延を前後縦列的に並べた一貫圧延を行い、これを複数回繰り返す、
   　請求項１又は２に記載の圧延方法。
5. 　上下ロール間で非対称となるせん断変形圧延を行い、得られた金属条を一旦トラバース巻きしたあと、上下ロール間で対称となる圧延条件によってスキンパスを行う、
   　請求項１又は２に記載の圧延方法。

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