(57)【要約】【課題】  焼き付き（ヒートスクラッチ）の発生限界圧下率・圧延速度を上げて、強圧下・高速圧延の可能で、かつ効率性の良い安定した金属帯の冷間圧延方法、該方法を適用する冷延鋼帯の製造方法およびその冷間圧延設備を提供することにある。【解決手段】  圧延ロールが鍛鋼ロールである圧延機により圧延油（エマルション圧延油あるいは圧延油単体）を供給しつつ、磁界発生装置により該鍛鋼ロールと被圧延材の金属帯との間に磁界を印加しながら金属帯を冷間圧延する。磁界発生装置として、C型ヨークと永久磁石とからなるものを使用することができる。金属帯の材質として鋼、ステンレス鋼、非鉄金属等が挙げられる。圧延機は冷間タンデム圧延機でもリバース式圧延機でもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛鋼ロールにより金属帯を冷間圧延する方法であって、圧延油を供給しつつ、磁界発生装置により該鍛鋼ロールと金属帯との間に磁界を印加しながら、冷間圧延することを特徴とする金属帯の冷間圧延方法。
【請求項２】
前記磁界発生装置は、C型リターンヨークと該リターンヨークを介して磁界を印加する永久磁石を有することを特徴とする請求項１に記載の金属帯の冷間圧延方法。
【請求項３】
冷間タンデム圧延機の少なくとも１スタンドにおいて、前記冷間圧延方法を適用することを特徴とする請求項１または２に記載の金属帯の冷間圧延方法。
【請求項４】
リバース式冷間圧延機において、前記冷間圧延方法を適用することを特徴とする請求項１または２に記載の金属帯の冷間圧延方法。
【請求項５】
金属帯が鋼帯である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷間圧延方法を適用して冷延鋼帯を製造することを特徴とする冷延鋼帯の製造方法。
【請求項６】
圧延ロールが鍛鋼ロールである冷間圧延機と、圧延油を供給する装置と、C型リターンヨークおよび該リターンヨークを介して該鍛鋼ロールと金属帯との間に磁界を印加する永久磁石を有する磁界発生装置とを備える冷間圧延設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延ロール（ワークロール）が鍛鋼ロールである圧延機による圧延において、耐焼き付き性の向上により、高速・強圧下の冷間圧延を行うことができる金属帯の冷間圧延方法および冷延鋼帯の製造方法並びに冷間圧延設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、冷間圧延機によるストリップ（金属帯）の圧延時には、ストリップと圧延ロールが、ストリップの加工発熱やストリップとロールとの間での摩擦発熱などにより高温となり、焼き付き現象（ヒートスクラッチとも呼ぶ）が生じることがある。このため、ロールバイト部近傍のストリップやロールに圧延油が供給される。これは、圧延油の潤滑効果により圧延ロール（ワークロール）と被圧延材（ストリップ）間の焼き付き現象を防止することで、強圧下かつ高速の圧延が可能となり生産性が著しく向上するためである。
また、冷間圧延では、圧延ロールには、通常、鋳鋼を表面鍛造して製造される耐摩耗性等に優れた鍛鋼ロールが使用される。
【０００３】
圧延油の供給には、基本的なものとして、循環式圧延油供給方式と直接式（ダイレクト式）圧延油供給方式がある。
【０００４】
循環式圧延油供給方式は、圧延油と水等を混合・撹拌して、エマルション化した圧延油（以下、「エマルション圧延油」と呼ぶ）を循環しながら使用し、潤滑および冷却を目的として、ロールバイト部近傍のストリップおよびロールにむけて供給するものであり、潤滑と冷却が同時に行われる。図４に、全５スタンドのタンデム冷間圧延機にこの循環式圧延油供給方式が適用された装置の１例を概略的に示す。
【０００５】
直接式圧延油供給方式は、圧延油として、水を介さないで圧延油単体（ニート油）を、循環使用することなく、一過性で使用し、ロールバイト部近傍のストリップやロールに向けて供給するものであり、潤滑性に優れるものである。図５に１２段のリバース式クラスター圧延機に直接式圧延油供給方式が適用された装置の１例を概略的に示す。
【０００６】
図４において、１は上下１対のワークロール、２は上下１対のバックアップロール、３は被圧延材のストリップ（金属帯）である。ストリップ３は、Ｎｏ．１〜５スタンド（＃１〜５ＳＴＤ）の５スタンドのタンデム圧延機により圧延されつつ、図において左から右方向へ進み圧延される。６（６ａ、６ｂ）は、ストリップやロールにエマルション圧延油を供給するノズルであり、ロールバイト部近傍のストリップの入側と出側に設けられる。８は攪拌機、９は圧延油供給タンク、１０は圧延油供給ポンプ、１１は圧延油供給ライン、１２は回収オイルパン、１３は戻り配管である。
【０００７】
エマルション圧延油は、圧延油供給タンク９から、圧延油供給用ポンプ１０により、圧延油供給ライン１１を経由して、圧延油供給ノズル６ａ、６ｂからストリップの上下面の上下ワークロールのロールバイト部入側および出側の近傍に供給される。供給後のエマルション圧延油は回収オイルパン１２にて回収された後、戻り配管１３を介して圧延油供給タンク９に戻され、循環使用される。
【０００８】
図５において、１はワークロール、２はバックアップロール、３は被圧延材のストリップ（金属帯）、６は圧延機の左右に設けられた圧延油供給ノズル、７は中間ロールである。ここでの圧延機はリバース（可逆）式であるので、一方の搬送方向での圧延が終了すると、搬送方向を反転して先程とは逆の搬送方向で圧延が行われる。この１連の圧延が繰り返される。その間、圧延油供給タンク９から圧延油供給ポンプ１０により配管に通された圧延油単体（ニート油）が圧延油供給ノズル６よりロールバイト部近傍のストリップやロールに供給される。ストリップが左から右方向に向かって圧延されるときは左側の圧延油供給タンクから、また、ストリップが右から左方向に向かって圧延されるときは、右側の圧延油供給タンクからそれぞれ圧延油（ニート油）が供給される。圧延油は循環使用されることなく、一過性で使用される。
【０００９】
ところで、金属間の接触においては磁界の影響下で摺動すると著しく磨耗量を低減することができることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、それを応用し、ワークロールの磨耗量を低減させる圧延方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、熱間圧延（ホットストリップミル）の圧延ロールのロール摩耗が低減できることが示されている。  
【非特許文献１】トライボロジスト、Vol.34、No.6（1989）、p.430-436
【特許文献１】特開平１０−２４９４１５号公報
【００１０】
近年、生産性向上のため、時間あたり圧延重量の劣る薄物材の高速圧延が志向され、また、例えば高張力鋼（ハイテン）のように一般に難圧延材と呼ばれる、圧延荷重の高くなる材料の圧延性向上が要求されている。
【００１１】
しかし、エマルション圧延油を使用する循環式圧延油供給方式は、エマルション圧延油を使用するため、潤滑性が比較的劣り、薄物材の高速・高圧下圧延時では潤滑不足となりヒートスクラッチが発生することがあり、圧延速度を上げられず、生産性を上げられない問題があった。これに対し、特許文献２には、このような図４に示されるような従来の循環式圧延油供給方式に改良を加え、エマルション圧延油を供給する手段に、さらにエマルション粒径がより大きいエマルション圧延油を供給する手段や気体でエマルション圧延油を霧化・供給する２流体ノズルの供給手段を設けて圧延油供給量を調整すること等により圧延油の供給方法を改善することで圧延油の付着を促進し焼き付きを改善する方法が開示されているが、この方法でも、潤滑条件を安定的に制御することは依然として厳しく、工具であるワークロールと被圧延材とのスリップを誘発し安定した圧延が困難である。
【特許文献２】特開２００６−２６３７７２号公報
【００１２】
他方、圧延油単体（ニート油）を使用する直接圧延油供給方式は、循環式圧延油供給方式に比べて、比較的潤滑性に優れるが、冷却効果がさほど期待できないので、ロール表面温度が上昇して、圧延油の油膜切れが生じやすく、潤滑不足による焼き付きや冷却不足による圧延油の着火等の発生があり、やはり十分な高速・高圧下の圧延はできず、生産性を上げられない問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上のように、最近においては、さらなる強圧下・高速圧延の可能な金属帯の冷間圧延方法が強く望まれてきているものの、循環式圧延油供給方式および直接式圧延油供給方式のいずれにおいても満足すべき結果は得られていない。
本発明の課題は、焼き付き（ヒートスクラッチ）の発生限界圧下率・圧延速度を上げて、強圧下・高速圧延の可能で、かつ効率性の良い安定した金属帯の冷間圧延方法、該方法を適用する冷延鋼板の製造方法およびその冷間圧延設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記の課題を達成するためになされたものであり、その手段は、以下の［１］〜［６］の通りである。
［１］鍛鋼ロールにより金属帯を冷間圧延する方法であって、圧延油を供給しつつ、磁界      発生装置により該鍛鋼ロールと金属帯との間に磁界を印加しながら、冷間圧延する      ことを特徴とする金属帯の冷間圧延方法。
［２］前記磁界発生装置は、C型リターンヨークと該リターンヨークを介して磁界を印加      する永久磁石を有することを特徴とする上記［１］に記載の金属帯の冷間圧延方法。      
[３] 冷間タンデム圧延機の少なくとも１スタンドの圧延機において、上記［１］または      ［２］に記載の冷間圧延方法を適用することを特徴とする金属帯の冷間圧延方法。
［４］リバース式冷間圧延機において、前記冷間圧延方法を適用することを特徴とする上      記［１］または［２］に記載の金属帯の冷間圧延方法。
［５］金属帯が鋼帯である上記の［１］〜［４］のいずれかに記載の冷間圧延方法を適用      して冷延鋼帯を製造することを特徴とする冷延鋼帯の製造方法。
［６］圧延ロールが鍛鋼ロールである冷間圧延機と、圧延油を供給する装置と、C型リタ      ーンヨークおよび該リターンヨークを介して該鍛鋼ロールと金属帯との間に磁界を      印加する永久磁石を有する磁界発生装置とを備える冷間圧延設備。
【００１５】
本発明においては磁界発生装置により、圧延ロール（ワークロール）である鍛鋼ロールと被圧延材の金属帯との接触部に磁界を印加している。以下に示すように、本発明者は、冷間圧延において、磁力を作用させることにより、耐焼き付き性を飛躍的に向上させることを見出したのである。
【００１６】
ワークロールと被圧延材間に磁力が作用していると、酸素の化学吸着が著しく促進される。冷間圧延においては、非圧延材表面の塑性変形に伴って発生する新生面に酸化膜が次々と吸着するので、ワークロール表面と被圧延材新生面との直接接触およびそれに伴う凝着が抑制されて、磨耗粉が微細化される。
【００１７】
焼き付き現象とは、発生した磨耗粉が再び押しつぶされて発生する現象であるから（非特許文献２参照）、発生した磨耗粉が微細化されると焼き付き自体も非常に細かなものとなって、実際には圧延に全く影響を及ぼさなくなるのである。
【非特許文献２】機械の研究、Vol.58、No.2（2006）、p.285-294
【００１８】
その効果は二つに分けられる。
一つ目はエマルション中の水分が圧延油とともにロールバイト内に引き込まれると、これが酸素供給源となって磁力の付与による酸化膜の生成を促進する効果である。これは、エマルションの基油をニート供給（水を介さないで圧延油単体（ニート油）を供給する潤滑方式）した場合とで、磁力付与の効果を比較することにより明らかとなった。
二つ目は、磁力付与により（更に水分が介在する場合には上記の効果もあり）酸化膜が増加し、これが微細な磨耗粉となることによって、この磨耗粉間に圧延油がより多く保持されてロールバイト内の潤滑性が増すことである。そのため、ワークロールとストリップトの直接接触をほとんど完全に防止することが出来、高速・強圧下冷間圧延が可能になる。
【００１９】
上記のように、第一の効果は水のみを供給した場合にも得られ、第二の効果は水を介在しない圧延油単体（ニート油）を供給した場合にも得られるので、エマルション圧延油を供給する潤滑方式および圧延油単体（ニート油）を供給する潤滑方式のいずれを問わず効果がある。とりわけ、冷間圧延における磁力付与の効果は、上記の第１の効果と第２の効果が得られるエマルション状態の圧延油を供給することにより飛躍的に大きくなり、最大となる。
【００２０】
冷間圧延の圧延機のワークロールは、通常、鋳鋼をさらに表面鍛造して製造される、強磁性体の鍛鋼ロールが使用される。
【００２１】
磁界発生装置は、圧延ロール（ワークロール）と被圧延材である金属帯との接触部に磁界が印加されるものであればよいが、ワークロールの一部を覆うC型のリターンヨークと該ヨークに固定される永久磁石とから構成することができる。この場合、永久磁石からの磁束は上ワークロール→金属帯→下ワークロール→リターンヨーク→永久磁石を通るようにする。
【００２２】
すでに記載したように、圧延油の供給方式には、基本的なものとして循環式圧延油供給方式と直接式圧延油供給方式とがあるが、本発明は、これらの方式に限られず、いかなる圧延油供給方式を使用する冷間圧延にも有効である。
【００２３】
本発明の被圧延材である金属帯としては特に材料に制限はなく、鋼帯、アルミニウム合金帯、銅合金帯が挙げられるが、変形抵抗が高く生産量も多い炭素鋼に本発明を適用すると効果が高い。その中でも、変形抵抗の大きいハイテンや、表面酸化膜が薄く焼き付きの発生しやすいステンレス鋼に適用すると、さらに大きな効果が得られる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、耐焼き付き性が重要な課題となる強圧下・高速の冷間圧延において、耐焼き付き性が向上し、限界の圧下率や圧延速度を高めることができるので、より効率的な生産ができる。また圧延油供給による圧延ロール（ワークロール）と被圧延材の金属帯との間の潤滑状態を変えていないので、安定して効率的な圧延が行えるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明による圧延方法が適用された５基（５スタンド）の圧延機からなる冷間タンデム圧延機の構成が示されている（なお、図１においては、エマルション圧延油の供給系統は図４に示されるものと同様であるので略されている）。図１中、被圧延材である金属帯（ストリップ）３は左方から右方に向かって５スタンドの圧延機により連続的に圧延される。各圧延機（圧延スタンドと呼ぶ）は上下一対のワークロール１とそれらを支える上下一対のバックアップロール２からなる４段式の圧延機であり、各スタンドの入側、および出側のノズル６ａ、６ｂから水と混合されたエマルション状態の圧延油（エマルション圧延油）がロールバイト部近傍に供給される。出側のノズル６ｂからの圧延油の供給はロールの冷却を目的としている。
【００２６】
図１の本実施形態では、最終スタンドのＮｏ．５スタンド（＃５ＳＴＤ）の上下１対のワークロール１と被圧延材の金属帯３の接触部に磁界を印加する磁界発生装置を設けている。そして、図２に金属帯の入側からみたＮｏ．５スタンドの構成の概略図を示した。
【００２７】
この磁界発生装置は、磁性材料からなるＣ形状のリターンヨーク４を、上バックアップロール２の胴長面および下バックアップロール２のロール軸と直行する側面に近接するように配置し、該リターンヨーク４における上バックアップロール２の胴長面に対向する面に永久磁石５を固定した構成としている。すなわち、リターンヨーク４は永久磁石５からの磁束が上ワークロール１、金属帯３および下ワークロール１をとおり、さらにリターンヨーク４を通って永久磁石に戻るように磁路を形成している。
【００２８】
冷間タンデム圧延機では、後段スタンドほど圧延速度が速く、しかも、板厚が薄くなるため、圧延荷重が高くなり、焼き付き（ヒートスクラッチ）が発生しやすくなるが、本実施形態では、このタンデム圧延機において圧延を行うと、磁界を付与した最終スタンドの耐焼き付き性が向上し、該スタンドの圧下率を上昇させて全体の圧下率を向上させることができるとともに、該スタンドにおける圧延速度（すなわち圧延機全体としての圧延速度）も増速することができる。
【００２９】
図１では４段５スタンド式のタンデム圧延機を示したが、段数、スタンド数ともこれに限られるものではない。また、状況の許す範囲で、本発明を適用するスタンド数を増やすことにも特に問題はなく、適用スタンド数を増やすほど大きな効果が得られることは言うまでもない。
【００３０】
図３には、本発明による圧延方法が適用される１２段型のリバース式冷間圧延機の構成が示されている（なお、図３においては、圧延油の供給系統は図５に示されるものと同様であるので略されている）。図３中、金属帯３は左右方向に交互にリバース（可逆）圧延される。この１２段型圧延機は、上下一対のワークロール１、ワークロール１を支える４本の中間ロール７および中間ロール７を支える６本のバックアップロール２からなる。ノズル６からは潤滑のため圧延油（ニート油）が冷却水と混合されることなく、ロールバイト部近傍に供給される。
【００３１】
図３の本実施形態でも、図１および図２に示される実施形態と概ね同様に、磁界発生装置は、磁性材料からなるＣ形状のリターンヨーク４を、中央の上バックアップロール２の胴長面および中央の下バックアップロール２のロール軸と直行する側面に近接するように配置し、該リターンヨーク４の該中央の上バックアップロール２の胴長面に対向する面に永久磁石５を固定した構成としている。すなわち、永久磁石５からの磁束が上ワークロール１→金属帯３→下ワークロール１をとおり、さらにリターンヨーク４を通って永久磁石に戻るように磁路を形成している。
この本実施形態でも、ワークロール１と金属帯３の接触面に磁界を印加したことにより、耐焼き付き性が向上し、圧下率や圧延速度を向上させることができる。
【００３２】
図３では１２段型圧延機を示したが、これ以外のクラスター型の圧延スタンドを持つ圧延機、またリバース式でない圧延機でも同様の効果が得られる。
【００３３】
上記のいずれの磁界発生装置においても、永久磁石の配置位置は永久磁石からの磁束がリターンヨークを介して圧延ロールと被圧延材の金属帯との接触部に印加される位置であればいかなる位置でもよい。
永久磁石はなるべく磁力の大きいものが好ましく、通常、希土類磁石、フェライト磁石が用いられる。
【００３４】
本発明におけるワークロールは、鋳鋼をさらに表面鍛造して製造される鍛鋼ロールが使用され、強磁性体である。
【実施例１】
【００３５】
図１に示す圧延機において、板厚3mm、板幅1500mmの590MPa級ハイテンを板厚0.8mmまで圧延することを試みた。圧延油としては、40℃での動粘度が43cStの合成エステル圧延油を使用し、油分濃度が３質量％となるように冷却水と混合して循環式圧延油タンク内に収容し、撹拌してエマルション状態にして、ノズル６からロールバイト部近傍に供給した。永久磁石はフェライト磁石で残留磁束密度が200mT以上のものを使用し、被圧延材とロール間の磁束密度を40mTとした。
【００３６】
まず永久磁石およびC型リターンヨークを外して圧延を行ったところ、圧延速度（最終スタンドの圧延速度）400mpmで焼き付きが発生し、それ以上の増速することが出来なかった。
一方、本発明の方法では、駆動能力としての限界である600mpmまで速度を上げても焼き付きが起きず、安定した圧延を行うことが出来た。
【実施例２】
【００３７】
図３に示す12段型圧延機において、板厚3mm、板幅900mmのSUS430フェライト系ステンレス鋼を0.4mmまで多パスリバース圧延することを試みた。図３において、圧延油としては、40℃での動粘度が8cStの合成エステル圧延油を使用し、ノズル６からダイレクト供給（圧延油原油を水と混合させること無く供給する方式）した。永久磁石はネオジム・鉄・ボロン磁石で残留磁束密度が250mT以上のものを使用し、被圧延材とロール間の磁束密度を50mTとした。
【００３８】
まず永久磁石およびC型リターンヨークを外して圧延を行ったところ、最高圧延速度300mpmで９パス（1パスあたり平均圧下率20%）必要であった。
一方、本発明では、最高圧延速度300mpmで７パス（１パスあたり平均圧下率25%）の圧延を、焼き付きが生ずることなく、終了することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態おける冷間タンデム圧延機の構成例を概略的に示した図である。
【図２】本発明の一実施形態おける冷間タンデム圧延機のＮｏ．５スタンドでの構成例を概略的に示した図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるリバース式１２段型冷間圧延機の構成例を概略的に示した図である。
【図４】循環式圧延油供給方式の従来例を概略的に示した図である。
【図５】直接式圧延油供給方式の従来例を概略的に示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：ワークロール
２：バックアップロール
３：金属帯（被圧延材）
４：リターンヨーク
５：永久磁石
６：圧延油供給ノズル
７：中間ロール
８：攪拌機
９：圧延油供給タンク
１０：圧延油供給ポンプ
１１：圧延油供給ライン
１２：回収オイルパン
１３：戻り配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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