(57)【要約】【課題】本発明は、エマルションのような水中分散型潤滑油であっても圧延導入油膜厚測定を可能にし、且つ冷間圧延だけでなく熱間圧延にも適用できる導入油膜厚の推定方法を提供することを目的とする。【解決手段】金属の圧延時にロールと被圧延材の間に導入される圧延油の膜厚の測定方法であって、圧延温度で安定なトレーサー物質を含有した圧延油を用いて圧延を行い、圧延後の被圧延材の表面に付着した前記トレーサー物質の量を測定し、このトレーサー物質の量に基づいて導入圧延油の膜厚を求めることを特徴とする金属の圧延における導入油膜厚の推定方法を提案するものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の圧延時にロールと被圧延材の間に導入される圧延油の膜厚の推定方法であって、トレーサー物質を含有した圧延油を用いて圧延を行い、圧延後の被圧延材の表面に付着した前記トレーサー物質の量を測定し、このトレーサー物質の量に基づいて導入圧延油の膜厚を推定することを特徴とする金属の圧延における導入油膜厚の推定方法。
【請求項２】
金属の圧延時にロールと被圧延材の間に導入される圧延油の膜厚の推定方法であって、圧延温度で安定なトレーサー物質を含有した圧延油を用いて圧延を行い、圧延後の被圧延材の表面に付着した前記トレーサー物質の量を測定し、このトレーサー物質の量に基づいて導入圧延油の膜厚を推定することを特徴とする金属の圧延における導入油膜厚の推定方法。
【請求項３】
予め、圧延後に被圧延材に付着する圧延油量と、ロールと被圧延材の間に導入される圧延油量の分配比を求めておき、前記被圧延材上に付着したトレーサー物質の量から圧延後の被圧延材上に付着する圧延油量を求め、前記圧延油量と予め求めた前記分配比に基づいて導入油膜厚を推定することを特徴とする請求項１に記載の金属の圧延における導入油膜厚の推定方法。
【請求項４】
前記圧延油が、水中に油滴が分散した圧延油である請求項１乃至３の何れかに記載の金属の圧延における導入油膜厚の推定方法。
【請求項５】
前記トレーサー物質が金属成分を含有する化合物である請求項１〜４の何れか記載の金属の圧延における導入油膜厚の推定方法。
【請求項６】
前記化合物が金属石鹸である請求項５記載の金属の圧延における導入油の膜厚の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属の圧延時の圧延界面における油膜厚すなわち導入油膜厚を推定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板の冷間圧延やアルミの熱間圧延などでは、冷却性に優れたエマルション系の水性圧延油が使用されることが多い。しかし、エマルション潤滑におけるロール／材料間の導入油膜厚みは単に基油の粘度のみによるものではなく、エマルションの乳化安定性、プレートアウト特性、金属表面への濡れ性に強く依存し、その知見はほとんど得られていない。一方、このエマルション圧延において圧延界面に導入される圧延油量は、圧延の潤滑性に大きな影響を及ぼし、荷重、先進率のほか、圧延時のチャタリング（設備振動）や、圧延後の材料表面性状に影響を及ぼすと言われており、これら圧延油由来の不具合を解消するためには最適な圧延性能を発現する圧延油の選定や使用条件の最適化が必要である。
【０００３】
このようなロール／材料間の導入油膜厚を推定する手法として、「エマルション潤滑における入口油膜厚みの解析と定量的検討−冷間圧延における摩擦と潤滑の研究ＶＩ−　〔小豆島明　塑性と加工　第３９巻　第４５５号　Ｐ１２３８〕」には、ニート圧延油に関して、滴下法（一定量の油滴を滴下した材料を圧延し、広がった面積から油膜厚を求める方法）により圧延後の材料光沢と油膜厚みの関係を求め、この関係を用いて、圧延後の材料表面の光沢度から圧延時の油膜厚みを求める方法が開示されている。しかし、光沢度によって油膜に換算する方法では熱間圧延時を模擬する場合、出側板上の油が蒸発してしまうので推定できない。また、滴下法自体もニート油にのみ使用できエマルションでは推定不可能である。
【０００４】
また、「Ｏ／ＷエマルションのＥＨＬ膜形成に及ぼす乳化剤の影響〔森誠之　日本パーカライジング技報　Ｎｏ．１１　（１９９９）　Ｐ３〕」には、リングオンディスク試験機に顕微ＦＴ−ＩＲを接続した装置を用いることでロール／材料間の油膜厚を推定する方法が開示されている。この方法に用いる装置では、接触界面に赤外光を当てる必要があることから、材料部に相当する部分が光透過性を有する必要がある（サファイアガラス等）。本方法では、油膜厚を推定するために光透過性のディスクを用いる必要があるが、油の導入現象には素材表面との濡れ性も影響することから、この装置では実機におけるロール／金属材料の組み合わせを模擬しているとは言い難い。また、４００℃に加熱するような熱間圧延時の導入油膜厚推定は不可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術では、エマルション系の水性圧延油での導入油膜厚を正確に求めることはできない。また、ニート圧延油の場合であっても、熱間圧延時の導入油膜厚を求めることができないという問題点がある。このように、様々な圧延条件、エマルション条件下での導入油量をより厳密に、より定量的に把握できる評価手法が必要となっている。しかし、従来技術では熱間圧延に対応できるものはなく、実際に圧延を行った時の導入油量も間接的にしか求めることができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、エマルションのような水中油滴分散型潤滑油であっても圧延導入油膜厚の推定を可能にし、且つ冷間圧延だけでなく熱間圧延にも適用できる導入油膜厚の推定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明ではトレーサー物質を活用して導入油膜厚を推定せんとするもので、具体的には下記の各請求項記載の発明を要旨とするものである。
【０００８】
請求項１に係る発明は、金属の圧延時にロールと被圧延材の間に導入される圧延油の膜厚の推定方法であって、トレーサー物質を含有した圧延油を用いて圧延を行い、圧延後の被圧延材の表面に付着した前記トレーサー物質の量を測定し、このトレーサー物質の量に基づいて導入圧延油の膜厚を推定することを特徴とする金属の圧延における導入油膜厚の推定方法を提案するものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、金属の圧延時にロールと被圧延材の間に導入される圧延油の膜厚の推定方法であって、圧延温度で安定なトレーサー物質を含有した圧延油を用いて圧延を行い、圧延後の被圧延材の表面に付着した前記トレーサー物質の量を測定し、このトレーサー物質の量に基づいて導入圧延油の膜厚を推定することを特徴とする金属の圧延における導入油膜厚の推定方法を提案するものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、予め、圧延後に被圧延材に付着する圧延油量と、ロールと被圧延材の間に導入される圧延油量の分配比を求めておき、前記被圧延材上に付着したトレーサー物質の量から圧延後の被圧延材上に付着する圧延油量を求め、前記圧延油量と予め求めた前記分配比に基づいて導入油膜厚を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属の圧延における導入油膜厚の推定方法を提案するものである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記圧延油が、水中に油滴が分散した圧延油である請求項１乃至３の何れかに記載の金属の圧延における導入油膜厚の推定方法を提案するものである。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記トレーサー物質が金属成分を含有する化合物である請求項１乃至４の何れかに記載の金属の圧延における導入油膜厚の推定方法を提案するものである。
【００１３】
請求項６に係る発明は、前記化合物が金属石鹸である請求項５記載の金属の圧延における導入油膜厚の推定方法を提案するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明についてその推定原理及び作用を中心に詳述する。
発明者らは、今回、トレーサー物質を含有させた圧延油を用いて圧延を行い、圧延後に被圧延材の上に付着するトレーサー物質の量から逆算して導入油膜厚を求めるという方法に思い至った。その、具体的な手順は次の通りである。
【００１５】
▲１▼圧延油に所定量のトレーサー成分を配合する。
▲２▼この圧延油を使用して実際に圧延を行った後、圧延材料上に付着するトレーサー量を定　　量する。
▲３▼トレーサー量から圧延後の材料表面に付着する油分を算出する。
▲４▼この付着油分を分配比すなわち導入油膜厚と実際に板上に存在する油膜厚の割合（板上油膜厚／導入油膜厚）で割ることで、圧延界面における導入油膜厚を求めるものである。
【００１６】
ここで使用している分配比は以下のように求める。
まず、図１（Ａ）に示すとおり、被圧延材（Ｐ）上にトレーサーを含有する一定堆積の油滴（ＯＤ）をのせ、圧延すると、図１（Ｂ）のように油膜（ＯＭ）となって広がるため、広がった油膜の面積を求め、油滴体積／油膜面積を計算することで導入油膜厚（Ｔｏｔ）を求める。次に、圧延後の広がった油膜上のトレーサーを定量することで、実際に板上に存在する油膜厚すなわち板上油膜厚（Ｐｏｔ）を求める。このように求めた導入油膜厚（Ｔｏｔ）と板上油膜厚（Ｐｏｔ）の比（板上油膜厚Ｔｏｔ／導入油膜厚Ｐｏｔ）を分配比とするものである。ここで、導入油膜厚（Ｔｏｔ）はワークロール（ＷＲ）上に存在する油膜の厚みすなわちロール上油膜厚（Ｒｏｔ）と板上油膜厚（Ｐｏｔ）を合計したものとして表される。（ロールバイト部の拡大図である図２参照）
【００１７】
ところで、本発明においては、上記のように板上油膜厚から最終的に導入油膜厚の絶対値を求めなくとも、圧延パス毎の板上油膜厚を求めた段階で、これらの相対比較を行うことにより各パスの導入油膜厚の評価推定を行うことも有用であり、かかる相対比較に基づく推定方法もその技術的範囲に含まれるものである。これまで、特に熱間圧延における導入油膜厚を的確に評価する方法は全く存在していなかった。本手法では熱間圧延時の導入油膜厚を直接測定することはできないものの、板状油膜厚は比較的容易に求めることができる。そして前記のようにこの板状油膜厚を導入油膜厚に変換する場合、分配比という値を用いる。この分配比は、同一圧延油であれば値は同じであると仮定できるから、導入油膜厚を算出できなくとも板状油膜厚の値を用いて条件間の相対比較を行なうことが可能である。事実、本手法を用いた種々の実験の結果から、圧延条件を変えて板状油膜厚を求めると、各条件間の相対的傾向は実際の圧延挙動に伴う知見と非常に良く一致することが確認できた。
【００１８】
次に、本発明で用いられるトレーサー物質について説明する。
本発明で使用されるトレーサー物質は、圧延条件下で蒸発、分解等で失われることなく材料上に残留する必要があるため、圧延温度の条件で安定な物質を含む必要がある。特に熱間圧延では圧延後の材料温度が２００〜３００℃近くに達するため、トレーサー物質としては、金属成分を含む化合物が好ましい。また、金属化合物中に含まれる金属成分は、圧延後に被圧延材上に付着した金属成分の測定を行う時に素材、ロール中の同金属の影響を受けないために、素材、ロール中にあまり含まれていない物質であることが好ましい。更に、分析精度を上げるためには、金属化合物中の金属含有量は高いものが好ましい。
【００１９】
トレーサー物質の圧延油中含有量の下限値は、トレーサー物質の定量精度、分析面積及び圧延界面に存在しうる油膜量等の条件によって決まり、圧延終了後、被圧延板上に付着したトレーサー物質が検出できる配合量で含有される必要がある。また、上限は特に規定されないが、エマルジョンの場合は、油滴の乳化や分散を阻害させない範囲で配合する必要がある。
【００２０】
圧延後の板表面に付着したトレーサー量の測定方法は、特に限定されないが、例えば次の方法で行うことができる。まず、圧延後の素材表面に付着したトレーサー成分を、酸又はアルカリなどのエッチング液で溶解する。この時、母材が一緒に溶解されても良い。溶解したトレーサー成分の定量は、誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）、原子吸光、発光分光分析など、対象トレーサー成分量を精度良く測定できる方法であれば特に限定されないが、ＩＣＰ−ＭＳを用いることが簡便であり、好ましい。圧延後の素材表面に付着したトレーサー成分を直接測定する場合は、蛍光Ｘ線分析も可能である。
【００２１】
尚、トレーサー物質自体は圧延油中に可溶であり、かつ水には不溶である必要があり、圧延油中に混入することでエマルションの安定性を阻害しないものであることが好ましい。
【００２２】
これらの条件を満たすトレーサーとしては、例えば、金属石鹸が挙げられる。金属石鹸の金属成分としては、カリウム、カルシウム、リチウム、バリウム、マンガン、銅、ニッケル、亜鉛、錫、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニウム、セシウム、などの何れでも使用できる。金属石鹸の脂肪酸部分は、鎖長の異なる飽和、不飽和化合物やナフチル酸などの環状化合物等の何れも使用できる。
【００２３】
（実施例１）
アルミのエマルション圧延後の板上油膜厚みをオクチル酸鉛を用いてトレーサー法で求めた。実験に用いたトレーサー法圧延装置の概要を図３に示す。表１に示した圧延条件にて、トレーサーを含有した圧延油で圧延を行った。圧延後のアルミ板から５０ｍｍ×５０ｍｍの試験片を切り出して、トレーサー物質の測定に供した。
【００２４】
まず、試験片から抽出液（２−プロパノール２０％。硝酸５％）１０ｍｌによって、Ｐｂの抽出を行った。この溶液を希釈してＩＣＰ質量分析法による定量を行った。ＩＰＣ測定装置は、セイコー電子工業製誘導結合プラズマ質量分析装置ＳＰＱ８００を用い、高周波出力１．２ｋＷ，サンプリングデプス１３ｍｍ、キャリアガス０．６Ｌ／ｍｉｎで測定した。
【００２５】
このようにして、アルミ板の上面に付着したトレーサー物質の測定値に基づいて求めた板上油膜厚みの結果を図４（冷間圧延の場合），図５（熱間圧延の場合）に示した。板上油膜厚と導入油膜厚とは正比例の関係にあるから、導入油膜厚も両図の板上油膜厚の値の変化と同様に通板速度の増大によって増加しているものと推定評価することができる。こうした事実は、通板速度の増加とともに引き込まれる油量が多くなるという一般的な知見も読みとることができるのである。また、これらから、冷間圧延に対し、熱間圧延では油粘度の低下によりロールバイト部に導入される油膜量が減少するという知見に見合った結果とも整合することが判明する。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
（実施例２）
トレーサーにオクチル酸コバルトを使用し、表２の圧延条件下でエマルション濃度（２％、４％、８％）と導入油膜厚みとの関係を調査した。なお、エマルションの粒径は１０μｍであった。図６に板上油膜厚みの測定結果、図７に分配比より算出した導入油膜厚を示す〔トレーサー物質（コバルト）の定量は前述のオクチル酸鉛と同様〕。これらの結果から、この実験から得られた導入油膜厚は１０−１〜数μｍであることがわかる。また、エマルション濃度が高くなるほど導入油膜厚も増加するという結果も判明した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
（実施例３）
トレーサーにオクチル酸コバルトを使用し、表３の圧延条件下でエマルション粒径（５μｍ、１０μｍ）と導入油膜厚みとの関係を調査した。なお、エマルションの濃度は２．５％であった。図８に板上油膜厚みの測定結果、図９に分配比より算出した導入油膜厚を示す〔トレーサー物質（コバルト）の定量は前述のオクチル酸鉛と同様〕。これらの結果から、エマルション粒径が大きくなるほど、導入油膜厚も増加するという結果が得られた。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
【発明の効果】
本方法ではトレーサーを配合した圧延油を通常のエマルションと同等に使用することができるので、通常の圧延におけるロール／材料間油膜厚推定を行うことができる。さらに、熱間条件でも金属分は蒸発しないことから熱間圧延時の導入油膜を推定することができる。
この評価手法を用いることで、実機圧延時の導入油膜厚を予測することができ、圧延油選定及び使用条件の最適化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導入油膜厚の推定に当って採用される面積法における導入油膜厚と板上油膜厚の関係を説明するもので、Ａは圧延前、Ｂは圧延後の圧延油の状態を示す模式図である。
【図２】本発明の導入油膜厚の推定に当って採用される分配比の概念を説明する圧延ロールバイト部の拡大模式図である。
【図３】本発明の実施例に用いられたトレーサー法圧延装置の概要図である。
【図４】本発明の実施例１における冷間圧延の場合の通板速度と板上油膜厚の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例１における熱間圧延の場合の通板速度と板上油膜厚導入油膜厚の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例２におけるエマルション濃度を変化させた場合の通板速度と板上油膜厚の関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例２におけるエマルション濃度を変化させた場合の通板速度と導入油膜厚の関係を示す図である。
【図８】本発明の実施例３におけるエマルション濃度を変化させた場合の通板速度と板上油膜厚の関係を示す図である。
【図９】本発明の実施例３におけるエマルション濃度を変化させた場合の通板速度と板上油膜厚の関係を示す図である。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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