(57)【要約】  一対のロールによる金属板材の圧延方法であって、前記一対のロールと前記金属板材との各界面の摩擦が相互に異なり、さらに、少なくとも１つの界面が液体潤滑剤による潤滑以外の手段を用いて潤滑されている、あるいは、少なくとも１つの界面が潤滑処理以外の手段を用いて表面処理されている、あるいは、一対のロールの材質が相互に異なっていることを特徴とする金属板材の圧延方法。前記圧延方法を用いて製造される圧延板材。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のロールによる金属板材の圧延方法であって、前記一対のロールと前記金属板材との各界面の摩擦が相互に異なり、さらに、少なくとも１つの界面が液体潤滑剤の塗膜による潤滑以外の手段を用いて潤滑されている、金属板材の圧延方法。
【請求項２】
前記液体潤滑剤の塗膜による潤滑以外の手段が、固体潤滑剤の皮膜による潤滑処理である、請求項１に記載の金属板材の圧延方法。
【請求項３】
前記固体潤滑剤が、フッ素樹脂系潤滑剤である、請求項２に記載の金属板材の圧延方法。
【請求項４】
一対のロールによる金属板材の圧延方法であって、前記一対のロールと前記金属板材との各界面の摩擦が相互に異なり、さらに、少なくとも１つの界面が潤滑処理以外の手段を用いて表面処理されている、金属板材の圧延方法。
【請求項５】
前記一対のロールの表面状態が、相互に異なる、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の金属板材の圧延方法。
【請求項６】
前記一対のロールと接触する前記金属板材の各表面の状態が相互に異なる、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の金属板材の圧延方法。
【請求項７】
前記一対のロールと前記金属板材との各界面の１つの界面が潤滑または表面処理がされていない、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の金属板材の圧延方法。
【請求項８】
前記一対のロールの各表面および前記一対のロールと接触する前記金属板材の各表面の４つの表面のうち、少なくとも１つの表面が、潤滑又は表面処理されている、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の金属板材の圧延方法。
【請求項９】
一対のロールによる金属板材の圧延方法であって、前記一対のロールと前記金属板材との各界面の摩擦が相互に異なり、さらに、前記一対のロールの材質が相互に異なっている、金属板材の圧延方法。
【請求項１０】
前記一対のロールが同じ速度で回転する圧延機を用いる、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の金属板材の圧延方法。
【請求項１１】
温間で圧延を行う、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の金属板材の圧延方法。
【請求項１２】
前記金属板材の上面の静摩擦係数（所定の相手材に対する静摩擦係数、以下同じ）から下面の静摩擦係数を差し引いた差ｐと前記一対のロールの上ロールの静摩擦係数から下ロールの静摩擦係数を差し引いた差ｑとの間で、その絶対値｜ｐ｜または｜ｑ｜のいずれか大きい方を上下界面の静摩擦係数差Ｄとしたとき、該上下界面の静摩擦係数差Ｄが０．１５以上である、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の金属板材の圧延方法。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の金属板材の圧延方法を用いて製造された＜１１１＞／／ＮＤの圧延集合組織を有する、圧延板材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板材の圧延方法および前記圧延方法を用いて製造された圧延板材に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料に塑性加工を加えると、多結晶金属材料中の結晶粒の方位が、ランダムでなく、特定の方位（優先方位）に統計的に配向し、加工集合組織が発達する。加工集合組織の内、圧延によって金属板材に形成される加工集合組織は、圧延集合組織と呼ばれる。【０００３】
板材の加工集合組織としては、他にせん断集合組織があり、圧延集合組織よりも好まれる場合がある。例えば、せん断集合組織が発達することによって、アルミニウム合金ではプレス成形性（深絞り性）が改善され、マグネシウム合金板では延性が改善され、銅合金では耐曲げ性が向上し、鉄鋼材料では容易磁化方向＜００１＞が圧延方向に平行に配向することが知られている。【０００４】
しかし、通常の圧延加工においては、せん断集合組織は、ロールとの摩擦によって、圧延後の金属板材（以下、「圧延板材」という）のごく表面に導入されるのみで、せん断集合組織を圧延板材の板厚内部にまで発達させることができない。このため、通常の圧延加工では、前記したせん断集合組織の発達による効果を得ることが難しい。【０００５】
そこで、圧延板材の板厚内部にまでせん断変形を導入して、せん断集合組織を板厚内部にまで発達させる方法として、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が用いられている（非特許文献１）。【０００６】
ところで、圧延荷重を減少させるために、圧延材の上下面に供給する液体潤滑剤の潤滑油の油量又は成分を上下で異ならせて、圧延材の上下のロールに対する摩擦係数を大小変化させた状態で圧延する（特許文献１）、即ち、一対のロールと金属板材との各界面に供給する潤滑油の量または成分を相互で異ならせることによって、各界面における摩擦係数を相互に変化させた状態で圧延することが提案されている。
【非特許文献１】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、２００２年１１月、第５２巻、第１１号、ｐｐ．５１８〜５２３
【特許文献１】特開昭５３−１３５８６１号公報
【発明の開示】
【０００７】
しかし、異周速圧延法による圧延加工においては、一対のロールの各々を独立に駆動させる機構を有する特殊な圧延機（異周速圧延機）を必要とする。この異周速圧延機は、一対のロールが同じ速度で回転する既存の通常の圧延機（等速圧延機）に比べ、機構が複雑で、高価であるため、その応用範囲は、極めて限定されているのが実状である。
【０００８】
また、特許文献１に示される圧延方法を用いたとしても、液体潤滑剤を用いているために、その界面は上下ともに流体潤滑もしくは混合潤滑の低摩擦状態となるため、圧延荷重低減の手段としては有効であるが、上下界面の摩擦を大きく異ならせることはできず、導入されるせん断変形は板厚表面付近に留まり、せん断集合組織を板厚内部に充分発達させることができない。また、上下の潤滑油の成分を異ならせても、板材の圧延前後の空転時に、あるいは圧延中の板材の幅の両側から潤滑油が他方に移着するため、やはり上下界面の摩擦を大きく異ならせることができない。加えて成分の異なるそれぞれの潤滑油を分別回収することは極めて困難であるため、潤滑油を循環させて再使用することができない。したがって潤滑油を使い捨てとするか、回収した潤滑油から２成分を分離する処理が必要となり、現実には、実施することは経済的にも技術的にも極めて困難である。
【０００９】
本発明は、一対のロールが同じ速度で回転する通常の圧延機を用いる場合であっても、異周速圧延機を用いる場合と同様に、圧延板材の板厚内部にまで充分にせん断変形を導入して、せん断集合組織を板厚中心部にまで発達させる金属板材の圧延方法を提供することを課題とする。また、前記圧延方法を用いて製造された圧延板材を提供することを課題とする。
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明者は、金属板材にせん断変形が導入される原理に着目して、鋭意検討を重ねた結果、液体潤滑剤の塗膜による潤滑以外の手段を用いて、一対のロールと金属板材との各界面の摩擦を、相互に異ならせることにより、一対のロールが同じ速度で回転する通常の圧延機であっても、金属板材に対し、板厚中心部まで深くせん断変形を導入し、せん断集合組織を充分に発達させることができることを見出して、本発明を完成するに至った。
【００１１】
本発明の第１の金属板材の圧延方法は、一対のロールによる金属板材の圧延方法であって、前記一対のロールと前記金属板材との各界面の摩擦が相互に異なり、さらに、少なくとも１つの界面が液体潤滑剤の塗膜による潤滑以外の手段を用いて潤滑されているものである。この圧延方法によれば、一対のロールが同じ速度で回転する通常の圧延機を用いても、圧延板材の板厚中心部までより深くにまでせん断変形を導入し、せん断集合組織を充分に発達させることができる。また、成形性（深絞り性）に優れたアルミニウム合金板、延性の高いマグネシウム合金板、耐曲げ性に優れた銅合金板、電磁特性に優れた電磁鋼板等の圧延板材を、コストの上昇を招くことなく提供することができる。
【００１２】
以下に、金属板材にせん断変形が導入される原理について説明する。まず、一対のロールが同じ速度で回転する通常の圧延機を用いた場合の圧延（前記したように、この場合には、一対のロール間で対称的に圧延が行われるため、以下、「対称圧延」ともいう）につき、図１に従って詳しく説明する。なお、図１において、（ａ）は材料４（金属板材）と一対の上下ロール（上ロール１、下ロール２）との界面が低摩擦状態、（ｂ）は高摩擦状態のときの対称圧延を説明するものであり、各々には、材料４と各ロール１、２との間の圧延圧力分布５と、圧延前には垂直な材料の線素３の変形とが、併せて示されている。
【００１３】
圧延機入口側では、材料速度はロール速度よりも遅く、材料４はロールからの摩擦力によって引き込まれる。このとき、圧延前には垂直だった線素３は、表面付近のみがわずかに圧延方向に湾曲する。材料４の体積は一定であるため、板厚が減少するにつれて、材料速度は上昇して、ロールよりも速い速度で圧延機出口より排出される。従って、ロールバイト内には、材料速度とロール速度が同じ速度になる点（以下、「中立点」という）が存在する。図中の矢印は、材料がロール界面より受ける摩擦力を模式的に示したものであり、その方向は中立点Ｎを境に反転する。圧延圧力分布５は、摩擦による拘束が最も大きい中立点Ｎにおいて最大値をとる。
【００１４】
高摩擦状態の場合（ｂ）には、摩擦力が大きく、摩擦せん断力が大きいため、低摩擦状態の場合（ａ）よりも、材料４の表面下に導入されるせん断変形は大きくなる。同時に、圧延圧力が大きくなり、圧延荷重が増加する。しかし、図１（ａ）（ｂ）に示すように、対称圧延においては、せん断変形が導入されるのは、摩擦の大きさに関係なく、共に材料のごく表面のみであり、板厚内部にまでせん断変形を導入することは原理上できない。
【００１５】
次いで、異周速圧延機による圧延につき、図２に従って詳しく説明する。なお、図２においては、ロール速度を、上ロール１よりも下ロール２を高速としている。異周速圧延では、上下ロールの速度が異なるため、中立点Ｎの位置は、上下ロールで異なることとなる。まず、圧延機入口と上ロール（低速ロール）中立点の間では、前記対称圧延の場合と同様に、材料の表面付近はせん断変形を受ける。上下中立点の間の領域では、矢印で示すように、摩擦力の方向が上下で逆になるため、この領域に対向するせん断応力が作用し、圧延圧力分布５（フリクションヒル）が減少し、圧延圧力（圧延荷重）も、前記対称圧延の場合と比べ小さくなる。
【００１６】
このような領域（「クロスシャ領域７（対向せん断領域）」）が存在することにより、板厚内部にもせん断変形が導入され、加工前には垂直であった線素３は、高速ロール側が圧延方向に先進する。
【００１７】
最後に、本発明にかかる、金属板材と前記圧延機の上下各ロールとの間の摩擦状態が異なる状態での圧延（「異摩擦圧延」という）につき、図３に従って詳しく説明する。なお、図３においては、上ロール１を低摩擦状態、下ロール２を高摩擦状態としている。
【００１８】
前記したように、対称圧延では、中立点Ｎの位置は上下で同じになる。しかし、本発明のように上下各ロール界面の摩擦状態が異なる場合には、中立点Ｎの位置が上下で同じであるとすると、下ロール２の圧延荷重が上ロール１よりも大きくなり、鉛直方向の力の釣り合いを満足することができなくなる。そこで、低摩擦側の中立点Ｎが入口側に、高摩擦側の中立点Ｎが出口側に移動することにより、力の釣り合いが満足される。
【００１９】
即ち、異周速圧延の場合と同様に、クロスシャ領域７が出現する。まず、圧延機入口と上（低摩擦側）ロールの中立点の間で、材料の両表面は摩擦せん断力を受ける。このとき下界面の方が摩擦係数が大きいため、導入されるせん断変形も上下対称ではなく下表面付近で大きい。さらにクロスシャ領域７に入ると、前記異周速圧延の場合と同様に、対向するせん断応力によって、板厚内部にもせん断変形が導入され、加工前には垂直であった線素３は、高摩擦側が圧延方向に先進することになる。
【００２０】
以上のように、本発明によれば、一対のロールが同じ速度で回転する通常の圧延機を用いても、圧延板材の板厚内部にまでせん断変形を導入することが可能となり、せん断集合組織を圧延板材の板厚中心部にまで発達させることができる。
【００２１】
本発明にかかる異摩擦圧延の場合、せん断変形が導入されるため、傾斜した方向に伸張したせん断結晶粒組織とせん断集合組織を有する圧延板材を得ることができる。また、対称圧延の場合と異なり、クロスシャ領域が存在することにより、圧延荷重が低い。また、同じ圧下率でも、せん断変形が導入されるため、相当ひずみが大きく、焼鈍後の組織は、対称圧延に比べて微細となる。
【００２２】
加えて、本発明においては、少なくとも１つの界面を液体潤滑剤の塗膜による潤滑以外の手段を用いて潤滑して、一対のロールと金属板材との各界面の摩擦を、相互に異ならせている。そのため、両界面に液体潤滑剤の塗膜を用いた場合（特許文献１）と比べ、各界面の摩擦を大きく異ならせることができ、せん断集合組織を板厚内部により充分に発達させることができる。また、液体潤滑剤の塗膜を用いた後の処理の必要性がない。なお、液体潤滑剤の塗膜による潤滑以外の潤滑手段としては、材料やロールに対する表面処理等を挙げることができるが、詳しくは後述する。
【００２３】
以上の結果として、例えば、プレス成形性（深絞り性）に優れたアルミニウム合金板、延性の高いマグネシウム合金板、耐曲げ性に優れた銅合金板、鉄損の少ない変圧器に好適な電磁特性に優れた電磁鋼板等の圧延板材を、コストの上昇を招くことなく得ることができる。
【００２４】
本発明にかかる異摩擦圧延は、一対のロールが同じ速度で回転する通常の圧延機を利用することができるため、異周速圧延の場合と比べ、安価であり、応用範囲が広く、容易に実用化することができる。また、ロールの寿命が長い。
【００２５】
本発明の第１の金属板材の圧延方法において、前記液体潤滑剤の塗膜による潤滑以外の手段を、固体潤滑剤の皮膜による潤滑処理としてもよい。こうすれば、一対のロールと金属板材との各界面の摩擦を、相互に異ならせて、異摩擦圧延を行い、前記した効果を得ることができる。前記したように、両界面に液体潤滑剤の塗膜を用いた場合には、各界面は流体潤滑もしくは混合潤滑の状態となり、圧延板材の表面下に形成されるせん断変形を板厚中心部にまで充分に導入することができず、せん断集合組織を板厚中心部にまで発達させることができない。これに対して、固体潤滑剤の皮膜を用いた場合には、潤滑剤が高摩擦側に移着することがなく、その界面は境界潤滑の状態となり、より深く板厚中心部にまでせん断変形を導入できるため、前記の異摩擦圧延による効果がより大きくなる。また、少なくとも、材料の片側の表面は良く潤滑されるため、異周速圧延の場合と比べ、表面性状が良好な圧延板材を得ることができる。
【００２６】
本発明の第１の金属板材の圧延方法において、前記固体潤滑剤を、フッ素樹脂系潤滑剤としてもよい。ここで、固体潤滑剤としては、フッ素樹脂系潤滑剤が好ましい。フッ素樹脂系潤滑剤としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）潤滑剤、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）潤滑剤、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）潤滑剤が好ましい。さらに、これらの内でも、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）潤滑剤は、金属表面上への皮膜形成が容易で、下地金属との密着性が高く、良好な潤滑特性を示すため、特に好適である。
【００２７】
本発明の第２の金属板材の圧延方法は、一対のロールによる金属板材の圧延方法であって、前記一対のロールと前記金属板材との各界面の摩擦が相互に異なり、さらに、少なくとも１つの界面が潤滑処理以外の手段を用いて表面処理されているものである。すなわち、少なくとも１つの界面を潤滑処理以外の手段を用いて表面処理することにより、一対のロールと金属板材との各界面の摩擦を、相互に異ならせて、異摩擦圧延を行い、前記した効果と同様の効果を得るものである。潤滑処理以外の表面処理手段としては、研磨による平滑化、ショットブラストによる粗面化や、ＴｉＣ（チタンカーバイド）などの皮膜形成、ＳｉＣやＡｌ２Ｏ３などの増摩剤粉末の塗布等を挙げることができる。これらの手段は、特に限定されるものではない。
【００２８】
本発明の第１及び第２の金属板材の圧延方法において、前記一対のロールの表面状態が、相互に異なるようにしてもよい。こうすれば、一対のロールと金属板材との各界面の摩擦を、相互に異ならせて、異摩擦圧延を行い、前記した効果を得ることができる。この場合、金属板材の表面に特別な処理を施す必要がないため、効率的である。一対のロールの表面状態を相互に異なるものとする手段としては、めっき、研磨による平滑化等を挙げることができる。これらの手段は、特に限定されるものではない。結果的に一対のロールの表面状態が相互に異なるものであればよい。なお、一方のロールの表面は無処理であってもよい。
【００２９】
本発明の第１及び第２の金属板材の圧延方法において、前記一対のロールと接触する前記金属板材の各表面の状態が、相互に異なるようにしてもよい。こうすれば、一対のロールと金属板材との各界面の摩擦を、相互に異ならせて、異摩擦圧延を行い、前記した効果を得ることができる。この場合、ロール表面に特別な処理を施す必要がないため、圧延機の汎用性を妨げることがない。また、圧延加工終了後のロール清掃も容易である。ここで、一対のロールと接触する金属板材の各表面の状態が相互に異なるものとする手段としては、例えば、フッ素樹脂など有機材料によるコーティングのほか、めっき、りん酸塩皮膜などの化成処理、二硫化モリブデンなどの粉末潤滑剤の塗布等、金属板材の表面処理を挙げることができる。なお、前記りん酸塩皮膜処理は、板材が鉄鋼材料の場合、特に好適な手段である。これらの手段は、特に限定されるものではない。結果的に一対のロールと接触する金属板材各表面の状態が相互に異なるものであればよい。なお、一方の面は無処理であってもよい。
【００３０】
本発明の第１及び第２の金属板材の圧延方法において、前記一対のロールと前記金属板材との各界面の１つの界面が、潤滑または表面処理がされていないようにしてもよい。こうすれば、一対のロールと金属板材との各界面の摩擦を、相互に異ならせて、異摩擦圧延を行い、前記した効果を得ることができる。この場合、１つの界面に対する処理で済むため、時間的にもコスト的にも、効率的である。
【００３１】
本発明の第１及び第２の金属板材の圧延方法において、前記一対のロールの各表面および前記一対のロールと接触する前記金属板材の各表面の４つの表面のうち、少なくとも１つの表面が、潤滑又は表面処理されているようにしてもよい。こうすれば、一対のロールと金属板材との各界面の摩擦を、相互に異ならせて、異摩擦圧延を行い、前記した効果を得ることができる。なお、ここで言う表面処理には、潤滑処理以外の表面処理手段のみならず、液体潤滑剤の塗膜による潤滑以外の表面処理による潤滑手段も含まれる。また、単に表面処理することで、一対のロールと金属板材との各界面の摩擦を、相互に異ならせることができるため、異摩擦圧延を容易に行うことができる。また、少なくとも１つの表面に、表面処理を施すだけでよいため、異摩擦圧延をより容易に行うことができる。例えば、前記４つの表面のうち２つ以上の表面に表面処理層を設ける場合、各表面処理層の組成または厚さが、相互に異なるようにしてもよい。
【００３２】
本発明の第３の金属板材の圧延方法は、一対のロールによる金属板材の圧延方法であって、前記一対のロールと前記金属板材との各界面の摩擦が相互に異なり、さらに、前記一対のロールの材質が相互に異なっているものである。すなわち、一対のロールの材質が相互に異なるロールを用いて、一対のロールの表面状態を相互に異なるものとすることにより、一対のロールと金属板材との各界面の摩擦を、相互に異ならせて、異摩擦圧延を行い、前記した効果と同様の効果を得るものである。本発明によれば、各ロールや金属板材の表面に特別な処理を施す必要がないため、効率的に異摩擦圧延を行うことができる。一対のロールの材質が相互に異なっている例としては、鋼ロールと銅ロールの組み合わせ等を挙げることができる。
【００３３】
本発明の第１〜第３の金属板材の圧延方法において、前記一対のロールが同じ速度で回転する圧延機を用いてもよい。本発明の第１〜第３は、異周速圧延を用いる場合を排除しないが、一対のロールが同じ速度で回転する通常の圧延機を用いることにより、板厚中心部にまでせん断集合組織を発達させた圧延板材を、安価な設備により製造することができる。
【００３４】
本発明の第１〜第３の金属板材の圧延方法は、温間で圧延を行うようにしてもよい。
【００３５】
本発明の第１〜第３の金属板材の圧延方法において、前記金属板材の上面の静摩擦係数（所定の相手材に対する静摩擦係数、以下同じ）から下面の静摩擦係数を差し引いた差ｐと前記一対のロールの上ロールの静摩擦係数から下ロールの静摩擦係数を差し引いた差ｑとの間で、その絶対値｜ｐ｜または｜ｑ｜のいずれか大きい方を上下界面の静摩擦係数差Ｄとしたとき、該上下界面の静摩擦係数差Ｄが０．１５以上であることが好ましい。こうすれば、一対のロールと金属板材との各界面の摩擦を、相互に異ならせて、異摩擦圧延を行い、前記した効果をより確実に得ることができる。ここで、所定の相手材は、特に限定されるものではないが、例えば黄銅（ハードクロム処理）を用いてもよい。また、固体潤滑剤皮膜の静摩擦係数は０．１以下であることが好ましい。
【００３６】
本発明の圧延板材は、上述したいずれかの金属板材の圧延方法を用いて製造された＜１１１＞／／ＮＤの圧延集合組織を有するものである。この圧延板材は、上述した金属板材の圧延方法により製造されているため、せん断集合組織を板厚中心部にまで充分発達させた圧延板材であり、例えば、深絞り性に優れたアルミニウム合金板、延性の高いマグネシウム合金板、耐曲げ性に優れた銅合金板、電磁特性に優れた電磁鋼板等を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】対称圧延の圧力分布とせん断変形の模式図である。
【図２】異周速圧延の圧力分布とせん断変形の模式図である。
【図３】異摩擦圧延の圧力分布とせん断変形の模式図である。
【図４】工業用ベリリウム銅板材の耐曲げ性試験方法を示す図である。
【図５】実施例１及び比較例１，２において工業用純アルミニウム金属板材の板幅中央に埋め込んだ線材の圧延後の状態を示す光学顕微鏡写真である。
【図６】実施例２９、比較例５において工業用ベリリウム銅板材の板幅中央に埋め込んだ線材の圧延後の状態を示す光学顕微鏡写真である。
【図７】実施例１及び比較例１，２で得られた工業用純アルミニウム金属板材の｛１１１｝極点図である。
【図８】実施例２９、比較例５で得られた工業用ベリリウム銅板材の｛１１１｝極点図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
次に、本発明を実施するための最良の形態につき、以下に示す実施例を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施例に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。
【実施例】
【００３９】
１．各実施例、各比較例の圧延方法
１−１．実施例１〜２６の圧延方法
圧延前の金属板材として、市販の板厚２．５ｍｍ、板幅３０ｍｍ、長さ３００ｍｍの工業用純アルミニウム（Ａ１０５０−Ｏ）板材を用意した。圧延によって導入されるせん断変形を測定するために、直径２ｍｍ、高さ２．５ｍｍアルミニウム線材を予め、板幅中央に板厚方向に埋め込んだ。このアルミニウム板を用いて、ロールと金属板材との２つの界面や４つの表面に対して表１の実施例１〜２６に示すような様々な固体潤滑剤皮膜の形成や表面処理層を形成するような表面処理を行い、被覆処理後の板材又は未処理の板材を、２００℃の電気炉内に１０分間保持した後に、二段小型圧延機を用いて１パス圧延を行い、板厚を５０％減少させた。圧延機には、直径１３０ｍｍの一対の作業ロールが組み込まれており、両ロールともに周速２ｍ／ｍｉｎで駆動させた。なお、一対の作業ロールは、材質が高炭素クロム軸受鋼（ＪＩＳ  Ｇ４８５  ＳＵＪ−２種、以下ＳＵＪと略す）のものを用いた。次いで、圧延後の板材（圧延板材）を４００℃の電気炉中に３０分間保持して、焼鈍した。【００４０】
ここで、表1に示すように、実施例１〜４，９〜１２では、固体潤滑剤皮膜を形成した。すなわち、実施例１，９では、固体潤滑剤として四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）潤滑剤（商品名：ＮＥＷ  ＴＦＥコート、ファインケミカルジャパン社製）をスプレー噴霧し、室温で乾燥させることによって、フッ素樹脂皮膜を形成して被覆した。また、実施例２，１０では、固体潤滑剤としてＳｉＣを揮発性溶液に十分に分散させた潤滑剤を用い、実施例３，１１では、固体潤滑剤としてアルミナを揮発性溶液に十分に分散させた潤滑剤を用いて皮膜を形成した。更に、実施例４，１２では、ＭｏＳ２（二硫化モリブデン）の塗布により皮膜を形成した。【００４１】
一方、実施例５〜８，１３〜１６では、固体潤滑剤皮膜ではなく、表面処理層を形成した。すなわち、実施例５，１３では、表面を物理的に加工するバフ研磨処理により表面処理層を形成した。また、実施例７，１５では、サンドブラストによる表面粗化処理、実施例８では、回転砥石掛けによる表面粗面化処理、実施例１６では、微細ローレット加工による表面粗化処理を施して表面処理層を形成した。更に、実施例６では、ＴｉＣコーティングによる平滑化処理、実施例１４では硬質Ｃｒメッキ処理による平滑化処理を施して表面処理層を形成した。【００４２】
また、実施例１７，１９では、固体潤滑剤皮膜として黒鉛粉皮膜を形成し、実施例１８，２０では、表面処理層としてＣＯ2（ドライアイス）による表面粗化処理を施して表面処理層を形成した。【００４３】
更に、実施例２１，２２，２４〜２６では、ロールと金属板材の合計４つの表面のうち２つの表面に固体潤滑剤皮膜の形成や表面処理層の形成を行った例である。なお、実施例２３は、上ロールの材質をＳＵＪから純銅（研磨したもの）に変えた例である。【００４４】
１−２．実施例２７〜２９の圧延方法
実施例２７，２８では、金属板材としてアルミニウム板材の代わりにそれぞれＡＺ３１Ｂマグネシウム合金板及び珪素鋼板を用いたこと及びせん断変形を測定するためにアルミニウム線材の代わりにマグネシウム線材を埋め込んだこと以外は、実施例１〜２６と同様にして圧延を行った。実施例２９では、金属板材としてアルミニウム板材の代わりに工業用ベリリウム銅合金板（ＪＩＳ  Ｈ３１３０  Ｃ１７２０Ｒ）を用いたこと、せん断変形を測定するためにアルミニウム線材の代わりに純銅線材を埋め込んだこと及び室温で５パス圧延を行うことにより板厚を７０％減少させたこと以外は、実施例１〜２６と同様にして圧延を行った。
【表１】
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【００４５】
１−３．比較例１〜６の圧延方法
比較例１〜６の圧延方法を表２に示す。比較例１では、金属板材の上下面を実施例１と同様にして固体潤滑剤皮膜で被覆し、上下ロールの表面を未処理とした。比較例２では、金属板材の上下面及び上下ロールの表面のすべてを未処理としたが、上ロール周速を２ｍ／ｍｉｎ、下ロール周速を３ｍ／ｍｉｎの異周速圧延を行った。比較例３では、比較例２と同じく金属板材の上下面及び上下ロールの表面のすべてを未処理とし、ロール周速は上下とも２ｍ／ｍｉｎとした。つまり、比較例１，３では、金属板材の上面と上ロールとの界面の摩擦及び金属板材の下面と下ロールとの界面の摩擦は同じになる（上下対称圧延）。比較例４〜６では、実施例２８，２９と比較すべく、金属板材の材質を珪素鋼板や工業用ベリリウム銅合金板とした場合に、上下対称圧延を実施した。
【表２】
2008105453.tif 000004
【００４６】
２．各実施例、各比較例の評価
実施例１〜２９、比較例１〜６につき、性能（ｒ値など）、せん断ひずみ、平均粒度、集合組織形成及び上下界面の静摩擦係数差Ｄの各々を評価した。これらについて、以下に詳しく述べる。【００４７】
２−１．性能の評価
実施例１〜２６及び比較例１〜３のように金属板材としてアルミニウム板材を用いた場合の性能をｒ値で評価した。即ち、実施例１及び比較例１，２の焼鈍材から、平行部の長さ１０ｍｍ、幅５ｍｍの引張試験片を切り出し、材料試験機で、速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで引っ張り、１５〜２０％の伸びを与え、ｒ値を測定した。また、実施例２〜２６や比較例３，４についても同様にしてr値を測定した。結果を表１及び表２に示す。焼鈍材のｒ値については、通常に上下対称圧延後に焼鈍したアルミニウム板の深絞り性（ｒ値）を１００とした時に、ｒ値が３％以上向上する場合を合格、３％以上の改善が見られない場合を不合格として、表１中の圧延材の評価性能をｒ値の合否として示した。表１及び表２から明らかなように、実施例１〜２６及び比較例２（異周速）では合格、比較例１，３では不合格となった。即ち、上下の摩擦状態が異なった状態で圧延を行うことによってアルミニウム合金板材のプレス成形性が向上する。これは、ｒ値が集合組織に依存し、ｆｃｃ（面心立方格子構造）材料のせん断集合組織がｒ値を高めるためである。【００４８】
実施例２７のように金属板材としてマグネシウム合金板を用いた場合の性能については、引っ張り試験による延性（ＪＩＳ  Ｚ２２４１準拠）で評価した。ここでは、従来の圧延材よりも３％以上延性が改善されたか否かで合否を判定した。その結果、表１から明らかなように、合格と評価された。【００４９】
実施例２８及び比較例４のように金属板材として珪素鋼板を用いた場合の性能については、ヒステリシス測定（ＪＩＳ  Ｃ２５０２準拠）と鉄損試験（ＪＩＳ  Ｃ２５５０準拠）で評価した。ここでは、従来の圧延材よりも３％以上特性が改善されたか否かで合皮を判定した。その結果、表１及び表２から明らかなように、実施例２８では合格、比較例４では不合格と評価された。【００５０】
実施例２９及び比較例５，６のように金属板材としてベリリウム銅板を用い場合の性能については、耐曲げ性で評価した。具体的には、まず、試験片を以下のように作製した。すなわち、結晶粒径が１０μｍ程度に揃うように圧延板材に溶体化熱処理（８００℃×１分）を施し、次いで仕上げ圧延処理（室温、等速潤滑圧延、加工率９％）を施し、最後に材料強度が硬さ３００Ｈｖに揃うように時効処理（３００℃×４０分）を施して試験片を得た。こうして得られた試験片につき、金属材料曲げ試験方法のＶブロック法（ＪＩＳ  Ｚ２２４８）に従ってＶ字形状に曲げたときの耐曲げ性を評価した。評価の基準として、曲げクラックの発生しない試験片内側の曲げ半径（Ｒ）と試験片板厚（ｔ）との比（Ｒ／ｔ）の値を測定した。このＲ／ｔ値が小さいほど優れた耐曲げ性を示す。曲げる方向は、図４に示すように圧延された方向を基準に０度方向（Ｇｏｏｄ  Ｗａｙ）と９０度方向（Ｂａｄ  Ｗａｙ）とした。その結果、比較例５，６に比べて実施例２９では、どちらの方向においてもＲ／ｔ値が６〜７割程度であり、優れた耐曲げ性が得られた。このような耐曲げ性の向上は、本発明による圧延方法によってせん断集合組織が圧延板材の板厚内部まで発達したことによるもので、ベリリウム銅板材に限らず、同じｆｃｃ（面心立方格子）構造の銅及び銅合金において同じ効果が得られると予測される。【００５１】
２−２．せん断ひずみの評価
実施例１及び比較例１，２の金属板材を板幅中央で切断し、埋め込まれた線材を光学顕微鏡で観察した。その写真を図５に示す。この線材の板厚中心における傾きから、各圧延で導入されたせん断ひずみを求めた。また、実施例２〜２９や比較例３〜６についても同様にしてせん断ひずみを求めた。実施例２９の写真を図６に示す。結果を表１及び表２に示す。【００５２】
図５において、予め埋め込まれたアルミニウム線材の圧延後における変形が観察できる。実施例１においては、無潤滑である下面が、フッ素処理で潤滑された上面よりも先行しており、せん断変形が導入されたことが分かる。比較例１においては、線材の傾斜は小さく、せん断変形はほとんど導入されていない。比較例２においては、高速ロール側表面が、低速ロール側表面よりも先行しており、せん断変形が導入されている。板厚中心付近の傾斜は実施例と比較例２でほぼ同程度である。比較例２では、高速ロール側で線材が大きく傾斜するのに対して、実施例１では線材の傾斜は板厚全体にわたってほぼ一様である。【００５３】
また、図６において、予め埋め込まれた純銅線材の圧延後における変形が観察できる。実施例２９においては、板厚方向全体にわたってせん断変形が観察されるが、比較例５ではせん断変形の起こらない板厚中央を境目にして上下でせん断変形の方向が入れ替わる典型的な圧縮圧延変形が観察される。比較例５においても、表面ごく近傍では摩擦の影響を僅かに受けてせん断変形となることが観察されるが、その大きさも小さく、表面から板厚方向中心に向かってせん断変形の影響が及ぶ範囲も少ない。なお、図示しないが、比較例６においても、比較例５と同一の結果が得られた。【００５４】
２−３．平均粒度の評価
実施例１及び比較例１，２の焼鈍後の再結晶粒の平均切片長さを、平均粒度として求めたところ、実施例１では６４μｍ、比較例１では８５μｍ、比較例２では６２μｍであった。また、実施例１、比較例１、２ともに、焼鈍後は、等軸再結晶粒からなる光学顕微鏡組織を示した。そして、その平均切片長さとしての平均粒度が、実施例１では、比較例１より小さく、比較例２とほぼ同等であることより、異摩擦圧延法は、結晶粒微細化の効果を有することが分かる。【００５５】
２−４．集合組織形成評価
実施例１及び比較例１，２で得られた圧延板材（アルミニウム）の極点図をＸ線回折法で測定した。圧延板材の｛１１１｝極点図を、図７に示す。図７に示す圧延板材の｛１１１｝極点図より、比較例１では、純金属型の典型的な圧延集合組織であるのに対し、実施例１および比較例２では、通常の圧延集合組織ではなく、板幅方向に対して非対称なせん断集合組織（あるいは＜１１１＞／／ＮＤとなる圧延集合組織とも換言できる）が形成されていることが分かる。この両者の極点図の形成模様の違いを見本に判定して、実施例２〜２８及び比較例３，４の集合組織形成の評価を行った。結果を表１及び表２に示す。◎は実施例１と同一模様、○は実施例１とほぼ同一だが等高線の集積がやや緩やかとなり模様が崩れている状態、×は比較例と同一の全く別の模様であると判断した結果である。実施例２〜１６，２１〜２８及び比較例２では◎、実施例１７〜２０では○、比較例１，３，４では×であった。このことから、実施例２〜２８によれば良好な集合組織が形成されることが分かる。【００５６】
また、実施例２９及び比較例５の圧延板材（ベリリウム銅）の｛１１１｝極点図を、図８に示す。図８に示す圧延板材の｛１１１｝極点図より、実施例２９ではせん断変形を示す圧延集合組織となるが、比較例５では明らかに異なる圧延集合組織であり、黄銅型として一般的に知られる圧延集合組織となった。【００５７】
２−５．上下界面の静摩擦係数差Ｄの評価
実施例１〜２９及び比較例１〜６につき、上下界面の静摩擦係数差Ｄを求めた。この上下界面の静摩擦係数差Ｄは、金属板材の上面の静摩擦係数から下面の静摩擦係数を差し引いた差ｐと、上ロールの静摩擦係数から下ロールの静摩擦係数を差し引いた差ｑとにおいて、その絶対値｜ｐ｜または｜ｑ｜のうち大きい方とした。各表面の静摩擦係数は、固体潤滑材皮膜の形成された表面および表面処理された表面を摩擦計（商品名：ポータブル摩擦計  ＨＥＩＤＯＮトライボギア・ミューズ  ＴＹＰＥ９４ｉ  II；新東科学（株）製）により計測した値を採用した。なお、相手材（スライダー）は、黄銅（ハードクロム処理）を用いた。上下界面の静摩擦係数差Ｄの具体的な求め方は、実施例１および実施例２１を例に挙げると、下記のとおりである。
実施例１において
p=0.07-0.32=-0.25, |p|=0.25, q=0.3-0.3=0, |q|=0, |p|>|q| ∴D=0.25
実施例２１において
p=0.07-0.32=-0.25, |p|=0.25, q=0.08-0.32=-0.24, |q|=0.24, |p|>|q| ∴D=0.25【００５８】
図５、図６および表１，２より、実施例１〜２９では上下の界面の摩擦力を異にすることで、せん断変形が導入され、＜１１１＞//ＮＤとなる圧延集合組織が形成されていることが分かる。特に、上下界面の静摩擦係数差Ｄの値が０．１５以上のとき（実施例１〜１６，２１〜２９）、上下界面の静摩擦係数差Ｄの値が０．１４以下のとき（実施例１７〜２０）と比べて圧延集合組織がより良好に形成され、そのせん断ひずみの程度は比較例２の異周速圧延と同程度である。また、固体潤滑剤の皮膜による潤滑の場合には、その皮膜の静摩擦係数が０．１以下であることがせん断ひずみが良好に得られるため好ましい。例えば、表１において、金属板材上面の皮膜の静摩擦係数が０．０７である実施例１では、その静摩擦係数が０．１８である実施例１７に比べて良好なせん断ひずみが得られている。【００５９】
２−６．評価のまとめ
以上の結果から、実施例１〜２９では、上下一対のロールが同じ速度で回転する通常の圧延機を用いても、圧延板材の板厚中心部までより深くにまでせん断変形を導入し、せん断集合組織を充分に発達させることができる。また、成形性（深絞り性）に優れたアルミニウム合金板、延性の高いマグネシウム合金板、耐曲げ性に優れた銅合金板、電磁特性に優れた電磁鋼板等の圧延板材を、コストの上昇を招くことなく提供することができる。なお、実施例２１，２２，２４〜２６は、ロールと金属板材の合計４つの表面のうち２つの表面に固体潤滑剤皮膜の形成や表面処理層の形成を行ったため、他の実施例と比べるとコストがかかることになる。【００６０】
本出願は、２００７年２月２７日に出願された日本国特許出願第２００７−０４７１５８号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書中に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、金属板材の圧延に利用可能である。
【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７】
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【図８】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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