(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続焼鈍された金属ストリップを、ワークロールの表面粗さが算術平均粗さで２．５μｍＲａ超、４μｍＲａ以下のダルワークロールを用い、摩擦係数で０．０６以上、０．１５以下の圧延潤滑条件で伸び率０．３％以上、０．９％以下の調質圧延をすることを特徴とするダル表面金属ストリップの調質圧延方法。
【請求項２】
前記摩擦係数は、ロールバイト内に被圧延材の剛体域を考慮し、かつワークロールが扁平変形するとし、摩擦係数と変形抵抗を未知数とした圧延計算手法を用いて、圧延荷重及び先進率の測定値と計算値とが一致するように連成して求めることを特徴とする請求項１に記載のダル表面金属ストリップの調質圧延方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の調質圧延方法において、粘度４０ｃＳｔ（ａｔ４０℃）以上の圧延潤滑油をエマルション濃度０．３体積％以上、１．０体積％以下、エマルション平均粒径１．０μｍ以上、３．０μｍ以下の圧延潤滑条件で前記金属ストリップに供給することを特徴とするダル表面金属ストリップの調質圧延方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の調質圧延方法で製造されたダル表面金属ストリップであって、表面粗さが算術平均粗さで０．６μｍＲａ以上、１．８μｍＲａ以下であり、かつ、×線回折法による応力測定法で測定した表層の残留応力が圧縮であることを特徴とするダル表面金属ストリップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疲労強度に優れたダル表面金属ストリップの調質圧延方法、およびその圧延方法で製造されたダル表面金属ストリップに関する。
【背景技術】
【０００２】
０.３μｍＲａ超のダル表面を有する金属ストリップは、表面粗さの粗いダルロールと呼ばれるワークロールで調質圧延されて製造される。一般に、ダルロールの表面粗さが圧延材の表面粗さに転写される度合いは、伸び率が大きいほど、また、線荷重が高いほど大きいことが知られている。このため、表面粗さの転写効率を上げるため、調質圧延後の金属ストリップの表面粗さが所望の範囲内に収まるように伸び率を大きくしたり、線荷重を上げるため、０.１５超であるような摩擦係数の高い圧延潤滑油（例えば、水溶性圧延潤滑油や粘度が１０ｃＳｔ（ａｔ４０℃）以下の圧延潤滑油）やワークロール径の大きな圧延機を採用したりしている。
【０００３】
ところで、一般に、調質圧延された金属ストリップの表層の残留応力は引張りである（非特許文献１参照）。金属ストリップの表層の残留応力が引張りであると疲労強度に劣る場合がある。そこで、金属ストリップの表層の残留応力を圧縮にするために、例えばテンションレベラーによる矯正やショットピーニング加工（例えば特許文献１参照）等がある。また、特許文献２に、ダルロールを用いて噴霧によってウエット潤滑より高い摩擦係数を確保して調質圧延をする技術が開示されているが、これはロールバイト内に導入される油量を少なくし摩擦係数を上げて、かつ、圧延荷重を上げて転写効率を上昇させるものであり、摩擦係数を低くした調質圧延方法ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３０２４２５号公報
【特許文献２】特開平８−２１５７０８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】塑性と加工、２０−２２７（１９７９−１２）、１１２４頁  図８
【非特許文献２】松本紘美：軽圧下圧延の圧延理論，材料とプロセス，１８−５（２００５），１２１８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、テンションレベラーによる加工では引張り曲げにより表層には加工時に中央部と比較して大きな伸びが生じるため、表層部の機械的材質が劣化したり、表層にある傷が顕在化する問題が新たに生じたり、テンションレベラーによる矯正後の金属ストリップの表面粗さを調整することが困難という問題が新たに生じる。また、ショットピーニング加工は表層の残留応力や加工後の金属ストリップの表面粗さ調整には優れているものの、生産性が劣り、また別ラインでの生産工程が必要となるため製造コストが上昇してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、従来、ダル表面金属ストリップは調質圧延機によって製造されていた。しかし、表面品質に関しては圧延の観点から表面粗さの調整が行われ、疲労強度に関しては冶金学的観点から合金成分や組織の調整が行われ、表面粗さと疲労強度の双方を同時に両立させる検討は十分なものとはいえなかった。
【０００８】
上記問題点に鑑み、本発明の目的は、表層部の機械的材質の劣化や製造コストの大幅な上昇をもたらさず、疲労強度に優れたダル表面金属ストリップの調質圧延方法、およびその圧延方法で製造したダル表面金属ストリップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第一の本発明は、ダル表面金属ストリップの調質圧延方法であって、連続焼鈍された金属ストリップを、ワークロールの表面粗さが算術平均粗さで２．５μｍＲａ超、４μｍＲａ以下のダルワークロールを用い、摩擦係数で０．０６以上、０．１５以下の圧延潤滑条件で伸び率０．３％以上０．９％以下の調質圧延をすることを特徴としている。
【００１０】
第二の本発明は、第一の発明において、前記摩擦係数は、前記ロールバイト内に被圧延材の剛体域を考慮し、かつワークロールが扁平変形するとし、摩擦係数と変形抵抗を未知数とした圧延計算手法を用いて、圧延荷重及び先進率の測定値と計算値とが一致するように連成して求めることを特徴としている。このような圧延計算手法の圧延理論としては、例えば、非特許文献２に開示されたモデルや弾塑性有限要素法などがある。本発明に供する精度の高い摩擦係数を得るには、このようなロールバイト中のロール扁平を厳密に取り扱ったモデルを用いることが望ましく、これにより、疲労強度に優れたダル表面金属ストリップを得ることができる。
【００１１】
また、上記摩擦係数を達成することが可能な別の観点からの第三の本発明は、上記第一の発明又は第二の発明の調質圧延方法において、粘度４０ｃＳｔ（ａｔ４０℃）以上の圧延潤滑油を、エマルション濃度０．３体積％以上、１．０体積％以下、エマルション平均粒径１．０μｍ以上、３．０μｍ以下の圧延潤滑条件で前記金属ストリップに供給することを特徴としている。
【００１２】
第三の本発明において、上記摩擦係数を得るためには、潤滑性の優れた圧延潤滑油を使用するのが望ましく、そのためには粘度４０ｃＳｔ（ａｔ４０℃）以上の圧延潤滑油を使用することが望ましい。エマルション濃度０．３体積％以上でないと圧延潤滑性は確保できない恐れがあり、エマルション濃度１体積％を超えると圧延潤滑性は確保できるもののミル汚れによる圧延機に付着し濃化した油が金属ストリップ表面に滴下して汚れが発生する恐れがある。また、エマルション平均粒径１．０μｍ未満であると、プレートアウト性が劣化して圧延潤滑性は確保できない恐れがあり、エマルション平均粒径が３．０μｍを超えると、上述したミル汚れの問題が発生する恐れがあるからである。
【００１３】
さらに、第四の本発明は、上記第一〜第三のいずれか一つの調質圧延方法で製造されたダル表面金属ストリップであって、表面粗さが算術平均粗さで０．６μｍＲａ以上１．８μｍＲａ以下であり、かつ、×線回折法による応力測定法で測定した表層の残留応力が圧縮であることを特徴としており、疲労強度に優れたダル表面金属ストリップを得ることができる。
【００１４】
上記Ｘ線回折法の測定条件の一例を、表１に示す。
【００１５】
【表１】
0005564845.tif 000002
【発明の効果】
【００１６】
本発明のダル表面金属ストリップの調質圧延方法は、連続焼鈍された金属ストリップを、ワークロールの表面粗さが算術平均粗さで２．５μｍＲａ超、４μｍＲａ以下のダルワークロールを用い、摩擦係数で０．０６以上、０．１５以下の圧延潤滑条件で伸び率０．３％以上、０．９％以下の調質圧延をする。これにより、ダル表面金属ストリップの表面に圧縮残留応力が生じ、疲労強度に優れたダル表面金属ストリップを得ることができる。また、表層部の機械的材質の劣化や製造コストの大幅な上昇をもたらさずに、生産性を向上し、製造コストを削減することができる。さらに、本発明のダル表面金属ストリップは、上記調質圧延方法を経て製造されるため、その表面に圧縮残留応力を有するので、疲労強度に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】調質圧延機の構成図である。
【図２】圧延後の金属ストリップの残留応力分布である。    但し、ａ）ブライトワークロールの場合、ｂ）がダルワークロールの場合である。
【図３】表層の残留応力分布に及ぼすワークロール表面粗さと伸び率の関係を示す図である。
【図４】表層の残留応力分布に及ぼす摩擦係数と調質圧延条件の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態の一例を、図面を参照にして説明する。
【００１９】
図１は、この発明を実施する調質圧延機の一例を示す構成図である。調質圧延機１１は、１基の圧延スタンドから構成されており、この例では４重圧延機である。調質圧延機１１のロールは、ワークロール１６、１７およびバックアップロール２１、２２からなっている。ワークロール１６、１７はスピンドルが連結されており、電動機（いずれも図示しない）によって駆動される。また、電動機にはパルスジェネレータ（図示しない）が取り付けられてあり、ワークロールの回転速度を検出する。ワークロールの回転速度、ワークロール径、およびギア比から、ワークロール１６、１７の周速度を求める。
【００２０】
調質圧延機１１の上流には、連続焼鈍設備（図示しない）が配置されている。この連続焼鈍設備から調質圧延機１１に熱処理された金属ストリップＳが連続して供給される。また、この調質圧延機１１の下流には、調質圧延機１１で圧延されたダル表面金属ストリップＳの表面を観察したり、平坦度や表面粗さを検査したりする検査台、さらにその下流には調質圧延されたダル表面金属ストリップＳを切断する切断機、および調質圧延された金属ストリップＳをコイル状に巻き取る巻き取りリール（いずれも図示しない）が配置されている。
【００２１】
形状制御手段として、上下ワークロールチョック（図示しない）を支点として上下ワークロール１６、１７の垂直方向の撓みを制御するためのインクリースおよびディクリースベンダー力を付与することが可能なワークロールベンダー５１が設けられている。上バックアップロールチョック（図示しない）の上部には圧延荷重検出装置３６が配置されており、ワークサイドおよびドライブサイドの荷重を検出する。また、圧延荷重検出装置３６の上部には電動圧下装置３７が配置されており、金属ストリップＳを圧延する際のパスライン調整が行われる。さらに、下バックアップロールチョック（図示しない）の下部には、圧延力を付与するための油圧圧下装置３１が配置されている。
【００２２】
調質圧延機１１の入側に入側ブライドルロール６１が、出側に出側ブライドルロール６２がそれぞれ配備されている。図示はしていないが、これらの入・出側ブライドルロール６１、６２はスピンドルが連結されており、電動機によって駆動され、調質圧延機入側および出側の張力を目標値として制御している。入・出側ブライドルロール６１、６２にはＰＬＧ（図示しない）が取り付けてあり、調質圧延機前後の金属ストリップＳの板速度を検出して、伸び率を測定する。先進率は、上述したワークロール周速度と調質圧延後の金属ストリップ板速度の検出値を基に演算して求める。
【００２３】
また、入側ブライドルロール６１と調質圧延機１１の間に入側にタッチロール４１が、調質圧延機と出側ブライドルロール６２の間にタッチロール４２が配置されている。調質圧延機の入側に上下対となった圧延潤滑油供給装置４５、４６が配置されおり、金属ストリップＳの上下面に調質圧延潤滑油（エマルション潤滑油）を供給する。調質圧延機１１の入・出側張力は、タッチロール４１およびタッチロール４２にそれぞれ取り付けた荷重検出器（図示しない）によって検出する。調質圧延機の出側にはＸ線板厚測定装置（図示しない）が配備されており、調質圧延後の板厚をモニターする。
【００２４】
上記湿式調質圧延機を用いて実験を行い、表層の残留応力に及ぼす圧延因子の影響を調査した。摩擦係数は、圧延潤滑油の粘度とエマルション潤滑濃度とを変えて変化させた。なお、金属ストリップは、板厚１ｍｍの強度が約７８０ＭＰａのハイテンである。
【００２５】
潤滑剤として、粘度４２ｃＳｔ（ａｔ４０℃）と粘度１０ｃＳｔ（ａｔ４０℃）圧延潤滑油のエマルションを用いた。エマルション濃度は０．５％であり、エマルション平均粒径は２．５μｍであった。表面粗さ０．３μｍＲａのブライトワークロールと表面粗さ３．５μｍＲａのダルワークロールとを用い、伸び率０．５％で金属ストリップを圧延した。ついで、表１に示した方法で圧延後の金属ストリップの残留応力分布を測定した。
【００２６】
実験結果を図２に示す。これより、ブライトワークロールの場合には潤滑条件を変えても残留応力分布にはほとんど影響がないものの、ダルワークロールの場合には潤滑条件を良好にすると残留応力分布は大きく変化し、表層の残留応力は引張りから圧縮へ変化することが確認された。
【００２７】
次に、上記知見を元に、粘度４２ｃＳｔ（ａｔ４０℃）として、上記圧延条件でさらにワークロールの表面粗さを１．１μｍＲａ〜５．５μｍと伸び率（０．２％〜１．２％）まで変化して実験を行い、表層の残留応力分布を測定した。その結果を図３に示す。図より、ワークロール表面粗さが小さ過ぎてもまた大き過ぎても、また、伸び率が小さ過ぎてもまた大き過ぎても、調質圧延後の金属ストリップの表層の残留応力は引張りになることが分かった。逆に、伸び率０．３％以上、０．９％以下とした場合で、２μｍＲａ以上、４μｍＲａ以下のものは表層の残留応力が圧縮になることがわかった。さらに、この中で、２．６μｍＲａ〜４μｍＲａのデータでは特に圧縮応力が大きいことがわかった。従って、圧延後の金属ストリップの残留応力を圧縮にするには、ワークロールの表面粗さを２μｍＲａ以上４μｍＲａ以下、かつ、伸び率を伸び率０．３％以上０．９％以下の範囲に収める必要があることが分かった。また，より好ましくはワークロールの表面粗さを２．５μｍＲａ超から４μｍＲａ以下にすることによって，確実に表層の残留応力を圧縮にすることができる．
【００２８】
上記の結果、表層の残留応力とワークロール表面粗さとの関係、並びに、表層の残留応力と伸び率との関係が明らかになったが、まだ、潤滑油の条件が明らかにはなっていない。
そこで、ワークロールの表面粗さと伸び率を次の９水準
ａ．ワークロールの表面粗さ：２．０μｍＲａ、伸び率０．３％
ｂ．ワークロールの表面粗さ：２．０μｍＲａ、伸び率０．６％
ｃ．ワークロールの表面粗さ：２．０μｍＲａ、伸び率０．９％
ｄ．ワークロールの表面粗さ：３．０μｍＲａ、伸び率０．３％
ｅ．ワークロールの表面粗さ：３．０μｍＲａ、伸び率０．６％
ｆ．ワークロールの表面粗さ：３．０μｍＲａ、伸び率０．９％
ｇ．ワークロールの表面粗さ：４．０μｍＲａ、伸び率０．３％
ｈ．ワークロールの表面粗さ：４．０μｍＲａ、伸び率０．６％
ｉ．ワークロールの表面粗さ：４．０μｍＲａ、伸び率０．９％
潤滑油の粘度：１０，２０，３０，４２，５１，６２，１００（ａｔ４０℃）
エマルション濃度：０．１，０．２，０．５，０．９，１．０％
を変えた実験を行った。なお、その際エマルション平均粒径は約２μｍに調整した。また、その際の摩擦係数を上述した方法で求めた。
【００２９】
調質圧延後の金属ストリップの表層の残留応力と摩擦係数の関係を調査した結果、摩擦係数が０．１５以下の場合は上記圧延条件ａ〜ｄ．において、調質圧延後の金属ストリップの表層の残留応力が圧縮であることが確認された。図４に摩擦係数と表層の残留応力との関係を示す。この図によると、ａ〜ｄ．のいずれの条件も一つの曲線に乗る傾向があり、摩擦係数は０．１５以下の圧延潤滑条件にすることが必要であることが分かった。
【００３０】
前記摩擦係数はロールバイト内に被圧延材の剛体域を考慮したワークロールの扁平変形を取り扱い、摩擦係数と変形抵抗を未知数とした圧延計算手法を用いて、圧延荷重と先進率の測定値と計算値とが一致するように連成して求められたものである。摩擦係数は、他の因子を含めた調整係数として求めることもあるが、厳密に求めた摩擦係数であればあるほど、図４に現れた傾向は顕著になる。
【００３１】
以上のことから、連続焼鈍された金属ストリップを、ワークロールの表面粗さが算術平均粗さで２μｍＲａ以上４μｍＲａ以下のダルワークロールを用い摩擦係数で０．１５以下の圧延潤滑条件で伸び率０．３％以上０．９％以下の調質圧延をすれば良いことが明らかとなった。
【００３２】
さらに検討を続けた結果、上記圧延条件で摩擦係数で０．１５以下にするには、粘度４０ｃＳｔ（ａｔ４０℃）以上の圧延潤滑油を用い、エマルション濃度０．３％以上１．０％以下、かつ、エマルション平均粒径１．０μｍ、以上３．０μｍ以下とすることが良いことが明らかとなった。また、このような調質圧延方法で製造できる金属ストリップは、面表面粗さが算術平均粗さで０．６μｍＲａ以上、１．８μｍＲａ以下であり、かつ、×線回折法による応力測定法で表層の残留応力が圧縮である特徴があることが明らかとなった。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【実施例】
【００３４】
以下に本発明の実施例および比較例として、本発明にかかる圧延方法（実施例）と、従来の圧延方法（比較例）とをそれぞれ適用し、図１に示した調質圧延機を用いて板厚１ｍｍ、強度７８０ＭＰａのハイテン材（焼鈍材）を比較例、実施例ともに調質圧延し、その疲労強度を比較した。
【００３５】
まず、比較例として放電加工によって作製された表面粗さが３．０μｍＲａのワークロールを用い、粘度が８ｃＳｔ（ａｔ４０℃）の潤滑油をエマルション濃度０．５％、エマルション粒径６μｍ、伸び率０．４％の調質圧延を行い、調質圧延後のサンプルを取り出した。このサンプルの表層の残留応力を測定した結果、残留応力は約８０ＭＰａの引張り応力であった。また、このときの摩擦係数を求めた結果、摩擦係数は０．１９であった。上記サンプルから、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を作製し、その試験片の中央部にφ５ｍｍの穴を開け、曲げ曲げ戻しの弾性変形を加え、上記穴に亀裂が発生するまでの回数を測定した。この実験を５回行いその平均値を求めた。
比較例の場合、５×１０４回で亀裂が生じた。
【００３６】
また、本発明の実施例として、放電加工によって作製された表面粗さが３．０μｍＲａのワークロールを用い、粘度が４０ｃＳｔ（ａｔ４０℃）の潤滑油をエマルション濃度０．５％、エマルション粒径２.５μｍ、伸び率０.４％の調質圧延を行い、調質圧延後のサンプルを取り出した。このサンプルの表層の残留応力を測定した結果、残留応力は約４０ＭＰａの圧縮応力であった。また、このときの摩擦係数を求めた結果、摩擦係数は０．１０であった。上記サンプルから、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を作製し、その試験片の中央部にφ５ｍｍの穴を開け、曲げ曲げ戻しの弾性変形を加え、上記穴に亀裂が発生するまでの回数を測定した。この実験を５回行いその平均値を求めた。
本発明の実施例の場合、７×１０６回で亀裂が生じた。
【００３７】
以上述べた、比較例および実施例の結果から、本発明に係る金属ストリップの調質圧延方法を適用することで、調質圧延後の金属ストリップの疲労強度は従来のものと比較して大きく向上することが確認された。なお、調質圧延後の金属ストリップの表面粗さは比較例が１．１μｍＲａ、本発明の実施例０．９μｍＲａであった。
【００３８】
上記実施例及び比較例と同様な調質圧延条件で、ワークロールの表面粗さ（Ｒａ）、摩擦係数、伸び率を本発明の範囲内で変更して評価した実施例を表２に示す。
【００３９】
【表２】
0005564845.tif 000003
【００４０】
この表で示されるように、本発明の調質圧延で製造されたダル表面金属ストリップは表層に圧縮（−の値）の残留応力が存在し、疲労強度が高いことが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、疲労強度に優れたダル表面金属ストリップおよびその製造方法に適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１１  湿式調質圧延機
１６〜１７  ワークロール
２１〜２２  バックアップロール
３１  油圧圧下装置
３６  圧延荷重検出装置
３７  電動圧下装置
４１〜４２  タッチロール
４５〜４６  潤滑油供給装置
５１  ワークロールベンダー
６１〜６２  ブライドルロール
Ｓ  金属ストリップ
【図１】
0005564845.tif 000004
【図２】
0005564845.tif 000005
【図３】
0005564845.tif 000006
【図４】
0005564845.tif 000007