(57)【要約】【課題】硬質クロムめっきを施したロールを用いて行なうアルミニウムなどの金属板の圧延において、焼付きなどの製品表面欠陥を低減する圧延方法およびそれに用いる圧延用ロールを提供することである。【解決手段】アルミニウムなどの金属板の仕上げ圧延工程に用いるワークロールの胴部外周面に硬質クロムめっきを施す場合に、そのめっき層表面の任意の部位の、１０００倍程度の倍率で観察した視野領域に存在する突起が占める総面積の、前記領域の面積に対する面積比率が５％以下となるようにしたのである。このノジュール状の突起の面積比率をこの程度に低くすれば、接触面圧の局部的上昇が抑制されるため、ロールと圧延材との界面での摩擦熱による温度上昇の影響が小さくなり、潤滑膜の変化が少なくなって安定した潤滑状態が維持され、製品コイルでの焼付きなどの表面欠陥の発生を著しく抑制することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールの胴部外周面に硬質クロムめっきが施され、そのめっき層表面の一定の大きさの領域に存在する突起が占める総面積の、前記領域の面積に対する面積比率が５％以下であるワークロールを使用する金属板の圧延方法。
【請求項２】
前記金属板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる請求項１に記載の金属板の圧延方法。
【請求項３】
金属板の圧延用ロールであって、そのロールの胴部外周面に硬質クロムめっきが施され、そのめっき層表面の一定の大きさの領域に存在する突起が占める総面積の、前記領域の面積に対する面積比率が５％以下であることを特徴とする金属板の圧延用ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質クロムめっきを施したワークロールを用いた、アルミニウムおよびアルミニウム合金（以下、アルミニウムと総称する）などの金属板の圧延方法とその圧延用ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウムなど金属の板材の圧延工程においては、生産性の向上が重要である。この生産性を上げるために圧延速度や圧下率を高くすると、ロールの表面粗さが低下して粗くなり、それによって焼付きが発生しやすくなるなどのトライボロジーの問題を引き起こし、製品品質や製造コストに重大な影響を及ぼす。
【０００３】
このロールの表面粗さの低下を防止するために、例えば、特開平２−２１１９０２号公報では、ワークロールの表面に一定厚さ以上の硬質クロムめっきを施し、耐摩耗性を向上させ、ロール表面粗さの低下およびそれに起因する咬み込み不良やロールスリップを防止するアルミニウムの熱間圧延方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−２１１９０２号公報（第１−２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ロール表面に硬質クロムめっきを施した場合、電流密度などのめっき処理条件によっては、めっき層の表面にノジュール状の突起が多く生成する場合があり、それによって、硬質クロムめっきを施したロールを用いても、焼付きなどの製品表面欠陥が発生し、製品品質が劣化して歩留の低下を引き起こす場合があった。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、硬質クロムめっきを施したロールを用いて行なうアルミニウムなどの金属板の圧延において、焼付きなどの製品表面欠陥を低減する圧延方法およびそれに用いる圧延用ロールを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【０００８】
即ち、ロール胴部の外周面に硬質クロムめっきを、そのめっき層表面の一定の大きさの領域に存在する突起が占める総面積の、前記領域の面積に対する面積比率が５％以下となるように施したワークロールを使用して、圧延により金属板を形成するようにしたのである。
【０００９】
前記めっき層の表面に生成する突起は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で拡大観察するとノジュール状の形態をしており、通常、各ノジュールは、上限のサイズでも、およそ直径３０μｍの円形領域に収まる大きさである。このような突起が生成した部分では、板圧延材との接触面圧が局部的に増加し、ロールと板圧延材との界面の温度上昇をもたらす結果、潤滑状態が変化して摩擦係数が増大する。この摩擦係数の増大は、さらに温度上昇をもたらすため、潤滑状態が不安定となって焼き付きが発生しやすくなる。
【００１０】
本発明者らは、検討を重ねた結果、前記突起の生成の許容限度を示す尺度として、生成した突起の総面積がめっき層表面に占める面積比率を用い、上記のように、一定大きさの領域、例えば、ＳＥＭ等により１０００倍程度の倍率で観察した視野領域で、前記面積比率が５％以下であれば、焼付きなどの製品コイルに発生する表面欠陥の発生を抑制できることが判明した。この面積比率は、めっき層表面またはそのレプリカを、ＳＥＭ等により１０００倍程度の倍率で観察・撮影した画像に基づいて算出することができる。なお、前記めっき層表面の観察倍率は、必ずしも１０００倍程度に限定するものではないが、観察倍率が大きすぎると、観察部位間で前記面積比率の変動が大きくなり、また、観察倍率が小さすぎると、前記突起の識別に支障を来たし、その面積を正しく評価できなくなる。このため、観察倍率は１０００倍程度が適切である。
【００１１】
前記面積比率が上述した程度に低くなれば、接触面圧の局部的増加により、ロールと板圧延材との界面に摩擦熱による温度上昇を生じても、この摩擦熱が、熱伝導により板圧延材およびロールのそれぞれの内部に拡散しやすく、また、突起周囲の潤滑油による冷却効果などによって、この界面の温度上昇の影響が小さくなるため、潤滑油膜の変化が少なくなり、安定した潤滑状態が維持できることによるものと推察される。
【００１２】
前記面積比率を５％以下に低減するためには、硬質クロムめっき処理時の電流密度を通常の処理条件よりも小さくするなどめっき処理条件を精密に制御する方法、または、一旦、通常の処理条件で硬質クロムめっきを施した後、突起が多く生成しためっき層表面を研摩ベルトなどの研削具や粒度の細かい研摩紙で研磨する方法などを用いることができる。
【００１３】
前記金属板を、アルミニウムから形成することができる。
【００１４】
硬質クロムめっきを施したロール用いる場合、前述のようにめっき層表面に占める突起の総面積を制御することは、表面粗さの低下に敏感で、焼付きの発生しやすいアルミニウムの圧延にとくに効果的である。
【００１５】
金属板の形成に用いる圧延用ロールを、前記ロールの胴部外周面に硬質クロムめっきを施し、そのめっき層表面の一定の大きさの領域に存在する突起が占める総面積の、前記領域の面積に対する面積比率が５％以下であるようにして、作製することができる。
【００１６】
この硬質クロムメッキを施したロールは、例えば、アルミニウムの圧延工程での仕上げ圧延機列用ワークロールとして使用することができ、めっき層表面を、その一定大きさ領域、例えば、ＳＥＭ等により１０００倍程度の倍率で観察した視野内で、前記面積比率を５％以下にして均一化しているため、製品コイルに発生する焼付きなどの表面欠陥を低減することが可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施形態を添付の図１〜図３に基づいて説明する。
例えば、アルミニウムの熱延ミルの仕上げ圧延機列の各圧延機に組み込まれたワークロールには、ロール表面粗さの低下を防止するための一つの方策として、ロール胴部の外周面に、通常、５μｍ程度の厚さの硬質クロムめっきが施されている。前記ワークロールに施された硬質クロムめっきは、一定大きさの領域、例えば、ＳＥＭ等により１０００倍程度の倍率で拡大観察した視野領域で、めっき層表面に存在する、拡大視野でなく原寸で直径がおよそ３０μｍの円形領域に収まるノジュール状突起の総面積の、前記領域の面積に対する各面積比率が５％以下になるように、標準のめっき処理時の電流密度を半分程度減少させるなど、めっき処理条件を精密に制御して施される。そして、粗圧延機で所要の板厚にまで圧下された板圧延材が、この仕上げ圧延機列の各圧延機のワークロールで、潤滑油の介在下で圧下されて、所定の製品板厚に仕上げられる。以下に、実施例について説明する。
【００１８】
【実施例１】
円筒研削盤を用いて研削したアルミニウムの熱延ミルの仕上げ圧延機列の４台の４段圧延機に組み込まれるワークロール（いずれもロール径７２５ｍｍ、ロール胴長２９００ｍｍ）の胴部外周面に、無水クロム酸や硫酸などの組成からなる一般的なめっき液を用いためっき浴で、めっき液の温度を４５〜６０℃とし、電流密度を通常の約半分の１０Ａ〜１５Ａ／ｄｍ２として、厚さ５μｍの硬質クロムめっきを施した。
【００１９】
この硬質クロムめっきを施したロールの胴部中央付近でのロール表面、即ち、めっき層表面の状態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した一例を図１に示す。このロール胴部中央付近の部位のレプリカを採取して、ＳＥＭを用いて、任意の３視野を選んで倍率１０００で観察・撮影し、画像解析により、この観察視野領域に存在する、直径３０μｍの円形領域に収まるノジュール状の突起１ａが占める面積の、前記領域に占める面積比率を算出したところ、この３視野における前記面積比率はいずれも５％以下であった。比較として、硬質クロムめっきを施していないロール（ＳＫＤ６１）表面の状態をＳＥＭ観察した一例を図２に示す。図１のめっき層の表面および図２の硬質クロムめっきを施していないロール表面の表面粗度は、いずれもおよそ１μｍＲａである。図１および図２から、上述のように、めっき処理条件を精密に制御してめっき層を施した場合には、このめっき処理により生成するノジュール状の突起１ａは、めっき層を施さない場合と同程度にまで減少していることが認められる。
【００２０】
上述の硬質クロムめっきが施されたワークロールを組み込んだ４段圧延機をＮｏ．１〜Ｎｏ．４の４台配列した熱延ミル仕上げ圧延機列の入側に、前段の粗圧延機で素材スラブから圧下された、板厚３０ｍｍ、板幅１０００ｍｍのＡｌ−Ｍｇ合金系（ＪＩＳ５０００系合金）の板圧延材を約４８０℃の温度で供給した。そして、仕上げ圧延機列のＮｏ．１圧延機での圧延速度を５０ｍ／ｍｉｎ、各圧延機あたりの圧下率を４０％とし、一般的なエマルション系の潤滑油を使用して、４台の圧延機で、板厚が３ｍｍの製品コイルに仕上げる熱間圧延を合計５０コイル分実施した。その結果、焼付き欠陥が発生した製品コイルは１コイルのみであった。
【００２１】
一方、比較例として、実施例の場合と、電流密度を通常の２０〜３０Ａ／ｄｍ２とした以外は同一のめっき処理条件で、前記ワークロールの胴部外周面に厚さ５μｍの硬質クロムめっきを施した。前述の場合と同様に、この硬質クロムめっきを施したロールの胴部中央付近でのロール表面、即ちめっき層表面の状態をＳＥＭ観察した一例を図３に示す。この場合のめっき層の表面粗度も、およそ１μｍＲａである。この部位のレプリカを採取し、ＳＥＭを用いて、任意に３視野を選んで倍率１０００で観察・撮影し、画像解析により、この観察視野領域に存在する、直径が３０μｍの円形領域に収まるノジュール状の突起１ｂが占める面積の、前記領域の面積に対する面積比率を算出したところ、この３視野における平均値は７％であった。
【００２２】
このような硬質クロムめっきを施したワークロールを、前記仕上げ圧延機列のＮｏ．１〜Ｎｏ．４の４台の４段圧延機に組み込み、実施例の場合と板厚（３０ｍｍ）、板幅および合金系が同じ板圧延材を、同一の圧延条件で、同一板厚３ｍｍの製品コイルに仕上げるアルミニウムの熱間圧延を合計５０コイル分実施した。その結果、焼付き欠陥が発生した製品コイルは５コイルに増加した。
【００２３】
【実施例２】
上述の比較例の場合と同一のめっき処理条件で前記ワークロールの胴部外周面に硬質クロムめっき処理を施した後、＃１０００のエメリー紙でめっき層表面全体を研磨し、上述の場合と同様に、ロールの胴部中央付近でのロール表面、即ちめっき層表面のこの部位のレプリカを採取し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、任意の３視野を選んで倍率１０００で観察・撮影し、画像解析により、この観察視野領域に存在する、直径３０μｍの円形領域に収まるノジュール状などの突起が占める面積の、前記領域の面積に対する面積比率を算出したところ、この３視野における面積比率は２％以下であった。
【００２４】
上記の通常処理条件で硬質クロムめっき処理を施した後に、めっき層表面を研磨したワークロールを用いて、前記実施例１の場合と同様の板圧延材を同一の圧延条件で、同一板厚３ｍｍの製品コイルに仕上げるアルミニウムの熱間圧延を合計５０コイル分実施した。その結果、焼付き欠陥が発生した製品コイルは１コイルのみであった。
【００２５】
上記実施例１、実施例２および比較例の結果をまとめて表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
これらの実施例１および実施例２に示したように、ワークロールに施しためっき層表面のノジュール状の突起の占める前記面積比率を少なくとも５％程度にまで低減させておけば、製品コイルに発生する焼付きを著しく抑制することができる。なお、このような焼付き抑制作用は、実施例１および実施例２に記載した硬質クロムめっきの厚さや素材スラブの合金系、および圧延条件に限定されるものではない。
【００２８】
なお、前記圧延方法は、アルミニウムのみならず、鋼や、銅などの非鉄金属の圧延に適用することができる。また、前記圧延用ロールは、アルミニウムの他にこれらの金属からなる板材の圧延にも用いることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、アルミニウムなどの圧延工程で、仕上げ圧延機列に組み込まれるワークロールに硬質クロムめっきを施す場合に、ノジュール状の突起が占める面積比率を前述のように小さくして、めっき層表面を均一化することにより、ロールと板圧延材との界面の潤滑状態が良好に保たれる。それにより、硬質クロムめっき層表面の突起の面積比率が高い場合や、硬質クロムめっきを施さない場合に比べて、板圧延材の表面性状が安定し、製品コイルでの焼付きなどの表面欠陥を著しく低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の、ロール表面に施した硬質クロムめっき層表面のノジュール状突起の少ない状態を示す電子顕微鏡による図である。
【図２】硬質クロムめっきを施していないロール表面の電子顕微鏡による図である。
【図３】従来技術の、ロール表面に施した硬質クロムめっき層表面のノジュール状突起の多い状態を示す電子顕微鏡による図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ：突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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