(57)【要約】      （修正有）【課題】転写率を高めることができる鋼帯の調質圧延方法を提供する。【解決手段】上下一対のワークロール２を備えた1以上の圧延スタンドからなる調質圧延機を用い、前記上下のワークロール２の周速度を、目標伸び率以上の異速率で変えて無潤滑で調質圧延を行うことを特徴とする鋼帯の調質圧延方法。無潤滑圧延では、ワークロール２と鋼帯１の間で相対的な滑りが起こらないため、異周速圧延を行うと、圧延荷重を変えることなく、すなわちワークロールと鋼帯の焼付きを起こさずに転写率を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下一対のワークロールを備えた1以上の圧延スタンドからなる調質圧延機を用い、前記上下のワークロールの周速度を、目標伸び率以上の異速率で変えて無潤滑で調質圧延を行うことを特徴とする鋼帯の調質圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼帯の調質圧延方法、特に、ワークロールの表面粗さの転写率を高くできる鋼帯の調質圧延方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
調質圧延は、焼鈍後あるいはめっき処理後などの鋼帯に調質圧延機によって例えば伸び率1%程度の軽圧下を施すことであり、鋼帯の形状を矯正したり、鋼帯の降伏点伸び、引張強さ、伸びなどの機械的性質を調整したり、所望の表面品質を付与するために鋼帯の表面粗さを調整したりすることを目的としている。特に、近年、鋼帯の高付加価値化にともなって、鋼帯の表面粗さを目的に応じて種々調整することが求められており、調質圧延時にワークロールの表面粗さを効率よく鋼帯に転写することが必要になってきている。
【０００３】
調質圧延機のワークロールには、圧延荷重の観点からロール径が300〜700mmのロールが用いられ、その表面粗さは、ショットブラスト加工や放電加工などにより、一般的には、ロールの軸方向で測定した算術平均粗さRaが0.5〜10μm程度になるように調整されている。また、必要に応じて、ロール面に硬質クロムめっきを施し、耐摩耗性を向上させる場合もある。
【０００４】
調質圧延は、潤滑剤を全く供給しない無潤滑(ドライ)圧延、あるいは潤滑性の低い潤滑剤を供給する潤滑(ウェット)圧延により行われる。無潤滑圧延では、必要な伸び率を得るための圧延荷重が高くなるため、ワークロールの表面粗さを効率よく鋼帯に転写することができるが、ワークロールと鋼帯の焼付きによりロール面にキズが入りやすく、鋼帯の表面品質を損ねやすい。一方、潤滑圧延では、必要な伸び率を得るための圧延荷重が無潤滑圧延の場合に比べて低くなるため、ワークロールの表面粗さを鋼帯に転写する効率が低下するが、ロール面にキズが入りにくくなる。このように、無潤滑圧延と潤滑圧延には、それぞれ一長一短があるが、設備構成上、無潤滑圧延と潤滑圧延を交互に切り替えることがむずかしいため、調質圧延は無潤滑圧延か潤滑圧延のどちらか一方で行うのが一般的である。
【０００５】
ワークロールの表面粗さを鋼帯に転写する効率は、次の(1)式で定義される転写率η(%)で評価され、η=100%であればワークロールの表面粗さがそのまま効率よく鋼帯に転写されることになる。
η=[(Ra(S2)-Ra(S1))/(Ra(R)-Ra(S1))]×100  ・・・(1)
ここで、Ra(S1)は調質圧延前の鋼帯表面の算術平均粗さ、Ra(S2)は調質圧延後の鋼帯表面の算術平均粗さ、Ra(R)は初期のワークロール面の算術平均粗さを表す。
【０００６】
なお、ワークロール面および鋼帯表面の算術平均粗さRaは、JIS B 0601に基づき、粗さ曲線をy=f(x)で表したとき、次の(2)式から求められる。
Ra=[∫f(x)dx]/l  ・・・(2)
ここで、lは基準長さを表す。
【０００７】
上述のように、伸び率が同じであれば、無潤滑圧延の方が、潤滑圧延に比べ、ワークロールの表面粗さを効率よく鋼帯に転写することができるが、それでもη=100%とすることは、鋼帯表面の弾性変形により困難である。また、軟質鋼帯の場合は、適切な伸び率を付与するのに必要な圧延荷重が低いため、転写率を高くできず、高張力鋼のような硬質鋼帯の場合は、圧延荷重を高くしても硬質なために転写率を高くできないといった問題がある。なお、硬質鋼帯の場合は、調質圧延を継続して行うと、ワークロール面に硬質クロムめっきを施しても、著しく転写率が低下することもある。
【０００８】
特許文献1には、ロール面の算術平均粗さRaに0.3μm以上の差がある上下一対のワークロールを用い、Raの大きいワークロールの周速度をRaの小さいワークロールの周速度よりも速くし、潤滑剤を供給しつつ15%以下の一定の圧下率(伸び率)で鋼帯を調質圧延したり、あるいは上下一対のワークロールの周速度を変え、高周速度のワークロール側を無潤滑とし、低周速度のワークロール側に潤滑剤を供給して15%以下の一定の圧下率で鋼帯を調質圧延して、転写率を広範囲に変えることのできる異周速圧延方法が開示されている。
【特許文献１】特開平9-122705号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献1に記載の方法は、異周速圧延により圧延荷重を低下させて転写率を低い側に変化させることはできるが、転写率を高くすることはできない。
【００１０】
本発明は、ワークロールの表面粗さの鋼帯への転写率を高めることができる鋼帯の調質圧延方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、調質圧延における潤滑圧延と無潤滑圧延との違い、およびその違いに起因した異周速圧延の効果について詳細に検討したところ、以下の知見を得た。
1)潤滑圧延では、特許文献1にも記載されているように、ワークロールと鋼帯の間で相対的な滑りが起こり、伸び率が一定になるように異周速圧延を行うと圧延荷重が低下し、転写率が低下する。
2)無潤滑圧延では、ワークロールと鋼帯の間で相対的な滑りが起こらないため、異周速圧延を行うと、圧延荷重を変えることなく、すなわちワークロールと鋼帯の焼付きを起こさずに転写率を高めることができる。
【００１２】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、上下一対のワークロールを備えた1以上の圧延スタンドからなる調質圧延機を用い、前記上下のワークロールの周速度を、目標伸び率以上の異速率で変えて無潤滑で調質圧延を行うことを特徴とする鋼帯の調質圧延方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、圧延荷重を変えることなくワークロールの表面粗さの鋼帯への転写率を高めることができる。そのため、高張力鋼のような硬質鋼帯の場合のみならず、軟質鋼帯の場合のように適切な伸び率を付与するのに必要な圧延荷重が低い場合でも、転写率を高くすることができる。また、経時的なワークロールの磨耗の影響も軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図1に、ロール径600mm、算術平均粗さRa3.0μmの上下一対のワークロールを用い、圧延荷重を一定とし、無潤滑で調質圧延を行ったときの、次の(3)式で定義される異周速圧延の程度を表す異速率α(%)と転写率、伸び率との関係を示す。
α=[(VRU-VRL)/VRU]×100  ・・・(3)
ここで、VRUは上のワークロールの周速度、VRLは下のワークロールの周速度を表す。
【００１５】
なお、ワークロールの周速度VR(mpm)は次の(4)式から求められるので、異速率αは圧延機のモータの回転数を調整して変化させた。
VR=πDν/1000  ・・・(4)
ここで、Dはワークロールの径、νはワークロールの回転数(rpm)を表す。
【００１６】
また、ワークロール面および鋼帯表面の算術平均粗さRaは、ワークロールおよび鋼帯の幅方向中央部で求めた。
【００１７】
図1より、圧延荷重を一定とし、無潤滑で調質圧延を行う場合、異速率αを0より大きくして異周速圧延を行うと、転写率が高くなることがわかる。これは、上下のワークロールの周速度に差を与え、無潤滑で圧延すると、鋼帯表面近傍に付加的な塑性変形が加わることにより転写が促進されたためと考えられる。すなわち、ワークロール面と鋼帯表面との摩擦係数が高いことから、ワークロールと鋼帯の間で相対的な滑りは起こらず、鋼帯断面は図2に示すように変形するので、上下のワークロールの周速度の差による付加的な変形は、鋼帯表面に集中し、転写率が高くなると考えられる。実際、図3に、図2の破線で囲んだところの表面変形の測定結果を示したが、異速率αが大きいほど転写率が高くなっていることがわかる。なお、鋼帯断面は、図2に示すように変形するので、この効果は鋼帯の表裏両面で得られる。
【００１８】
また、図1では、異速率αを上げても伸び率はほぼ一定になっているが、これは、上下のワークロールの周速度の差の影響はあくまでも鋼帯表面近傍に限定され、鋼帯内部には及ばないためと考えられる。本発明では、このように伸び率をほぼ一定にして転写率を高めることができるので、軟質鋼帯の場合のように機械的性質などから伸び率に制約があっても、転写率を高くできる。
【００１９】
図１より明らかなように、異速率αは非常に小さい値でも転写率向上の効果を得ることができるが、目標の伸び率以上(例えば目標伸び率が0.7%であれば、異速率αを0.7%以上)とすることが好ましい。異速率αが伸び率より小さい場合、機械精度やモータの回転数制御により不可避的に発生する異速率変動の影響が顕著となり、ロールと鋼帯表面間に微小なすべりが発生し、チャタリングと呼ばれる不安定現象や焼付きキズが発生する。
【００２０】
異速率αが10%を超えると、無潤滑圧延といえどもワークロール面と鋼帯表面との間に大きな相対的な滑りが生じ、焼付きキズやワークロールの著しい磨耗を引き起こしやすくなるので、異速率αは10%以下とすることが好ましい。
【００２１】
こうしたワークロールのダル加工には、ショットブラスト加工、放電加工、レーザー加工、電子ビーム加工などの方法を適用できる。また、ワークロールのキズや磨耗を防止するために、ダル加工後硬質クロムめっきを施すことが好ましい。
【００２２】
図4に、本発明に係る鋼帯の調質圧延方法を実施するための調質圧延機の一例を模式的に示す。この調質圧延機は、ロール面がダル加工された上下のワークロール2と上下のワークロ−ル2を支える上下のバックアップロール3を備えた4段式の圧延スタンド4と上下のワークロール2を駆動させるための二つのモータ4とからなり、鋼帯1は上下のワークロール2により調質圧延される。ロールの駆動には、一つのモータ4と二つの減速機(図示せず)を設けて、上下のワークロール2を周速度を変えて駆動させることもできるが、異速率が固定されてしまうので、ここでは二つのモータ4を設けて上下のワークロール2を別々に駆動させている。バックアップロール3を駆動させることもできるが、無潤滑のためワークロール面と鋼帯表面との摩擦係数が高いことから、ワークロール2とバックアップロール3の間に滑りが生じて、ワークロール2に所望の異速率を付与できなくなるので、好ましくない。ここでは、4段式の圧延スタンド4の例を挙げているが、2段式、6段式、あるいはクラスタ式の圧延スタンドを用いることもできる。また、圧延スタンド4の台数を増やすことも可能である。
【００２３】
適切な異速率は、ワークロールのダル加工法、表面粗さ、鋼帯の鋼種、板厚などによって異なるため、予め確認しておくことが好ましい。また、経時的なワークロールの磨耗による転写率の減少を補償するため、圧延された鋼帯の長さに応じて異速率を変えることが有効である。すなわち、予め同周速圧延における、任意の圧延距離における鋼帯表面粗さの低下を測定して、その低下を補う適切な異速率を設定しておき、次回の圧延から圧延距離に応じて異速率をその設定された値に変化させるのである。
【００２４】
圧延中に鋼帯の表面粗さを測定できる場合は、鋼帯の表面粗さの低下量により異速率を上昇させることで表面粗さの低下を防止することができる。
【００２５】
本発明が適用できる鋼帯には、特に制限がなく、冷延鋼帯、溶融めっき鋼帯、電気めっき鋼帯などに適用できる。
【実施例１】
【００２６】
ロール径が600mm、胴長が1400mmで、ショットブラスト加工によりロール面の算術平均粗さRaを4.2μmとした5%クロム鍛鋼製上下一対のワークロールとロール径が2000mm、胴長が1400mmの上下一対のバックアップと備えた図4に示す調質圧延機を用い、板厚が0.8mm、幅が1200mm、表面の算術平均粗さRaが0.3〜0.5μmの降伏応力200MPaの軟鋼帯および降伏応力490MPaの高張力鋼帯に、上のワークロールの周速度を500±1mpmと一定にし、下のワークロールの周速度を変えて、すなわち異速率を変えて、張力を98±10MPa、圧延荷重を軟鋼帯で6N/mm、高張力鋼帯で12N/mmと一定にして、無潤滑で調質圧延を行った。そして、転写率と伸び率を測定した。比較として、下のワークロールの周速度を上のワークロールの周速度と同じにして、すなわち異速率=0として、圧延荷重を変えて転写率と伸び率を測定した。
【００２７】
図5に、異速率と転写率、伸び率との関係を示す。
【００２８】
軟鋼帯、高張力鋼帯ともに、異速率の増加とともに転写率が高くなり、異速率が3%以上で転写率はほぼ飽和し、90%を超える高い転写率が得られる。また、伸び率は異速率によらずほぼ一定で1%程度である。なお、高張力鋼帯では、異速率を12%にすると、ワークロールと鋼帯の焼付きが発生した。また、異速率0.8%および0.5%では、チャタリングが発生し安定した圧延を行うことが出来なかった。
【００２９】
図6に、異速率=0としたときの圧延荷重と転写率、伸び率との関係を示す。
【００３０】
軟鋼帯、高張力鋼帯ともに、圧延荷重の増加とともに転写率が高くなるが、転写率を90%以上にすると、焼付きキズが発生した。
【実施例２】
【００３１】
ロール径が300mm、胴長が1200mmで、放電加工によりロール面の算術平均粗さRaを1.2μmとした冷間ダイス鋼(SKD11)製上下一対のワークロールとロール径が1500mm、胴長が1200mmの上下一対のバックアップと備えた図4に示す調質圧延機を用い、板厚が0.2mm、幅が1000mm、表面の算術平均粗さRaが0.10〜0.15μmの降伏応力490MPaの高張力鋼帯に、上のワークロールの周速度を1000±2mpmと一定にし、下のワークロールの周速度を経時的に変えて、すなわち異速率を経時的に変えて、張力を147±10MPa、圧延荷重を8N/mmと一定にして、無潤滑で調質圧延を行った。そして、圧延された鋼帯の長さと転写率を測定した。比較として、異速率を常に0として、圧延された鋼帯の長さと転写率を測定した。
【００３２】
図7に、異速率を経時的に変えたときの圧延された鋼帯の長さと転写率との関係を示す。
【００３３】
異速率を経時的に、すなわち圧延された鋼帯の長さに応じて高くすると、転写率をほぼ一定に維持できることがわかる。なお、このとき、圧延荷重もほとんど変化しなかった。
【００３４】
図8に、異速率を常に0としたときの圧延長さと転写率との関係を示す。
【００３５】
異周速圧延を行わないと、経時的に、すなわち圧延された鋼帯の長さとともに転写率が低下する。このとき、圧延荷重を増加させて転写率を一定に保とうとすると、鋼帯に絞りが発生し、鋼帯が破断した。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】異速率と転写率、伸び率との関係を示す図である。
【図２】異周速圧延による鋼帯断面の変形状態を模式的に示す図である。
【図３】鋼帯の表面変形と異速率との関係を示す図である。
【図４】本発明に係る鋼帯の調質圧延方法を実施するための調質圧延機の一例を模式的に示す図である。
【図５】実施例1で用いた鋼帯で得られた異速率と転写率、伸び率との関係を示す図である。
【図６】実施例1で異速率=0としたときの圧延荷重と転写率、伸び率との関係を示す図である。
【図７】実施例2で異速率を経時的に変えたときの圧延された鋼帯の長さと転写率との関係を示す図である。
【図８】実施例2で異速率を常に0としたときの圧延された鋼帯の長さと転写率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
1  鋼帯
2  ワークロール
3  バックアップロール
4  圧延スタンド
5  モータ
【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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