(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗装ステンレス鋼帯の製造に際して、焼鈍後あるいは時効後に鋼帯に付与される長手方向の永久伸びひずみの総量を０．１％以下に規制することにより、素材を長手方向に圧縮したときの降伏応力あるいは０．２％耐力として求められる値の絶対値が、長手方向に引張ったときの降伏応力あるいは０．２％耐力の値の９２％以上の特性、もしくは上記長手方向に引張ったときの降伏応力あるいは０．２％耐力の値よりも３０ＭＰａを超えて下回らない特性を備えさせることを特徴とするロール成形用塗装ステンレス鋼帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、長尺・広幅の断面を有する建築外装・その他金属製部材をロール成形加工によって製造するために用いる素材としての金属帯に関するものである。本願の「金属帯」には、「金属板」を含むものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロール成形加工によって広幅の断面材を成形する際には、図１に示すポケットウェーブと呼ばれる弾性座屈変形を生じやすい。このポケットウェーブは、ロール成形によって広幅断面材を成形する際に、成形品の平坦部の幅が板厚のおおよそ９０倍以上であると、素材である金属帯の種類あるいは特性によっては大きなポケットウェーブを発生しやすくなり（塑性と加工，２３−２５８（１９８２），p664．）、製品となる建築物の外装材やその他金属製部材の意匠性や機能を損なうこととなる。
このため、従来より、その抑制方法が種々検討されてきた。
【０００３】
製品の形状面からポケットウェーブの発生を回避する方法としては、図２に示すようにポケットウェーブの発生する平坦部に幅方向に平行な浅いリブを多数設けて平坦部が長手方向に細かく凹凸となるような形状とすることでポケットウェーブの発生原因となる長手方向のひずみを吸収する方法がある。
また、図３に示すように平坦部に長手方向に平行な浅いリブを設けて長手方向の剛性を高めて座屈を防止する方法が実施されてきた。
【０００４】
しかしながら、このような平坦部にリブを設ける方法では、成形品において、広い平滑な平坦部形状を実現することが制約され、また、形成されたリブ部に雨水または汚れが溜り、美観を損ない、更に金属の腐食等を生ずるといった問題が発生する。
【０００５】
また、ロール成形時にポケットウェーブの発生を抑制する方法として、多段ロールを用いたロール成形を対象として、その工程中の、後半のロール周速度を前半のロール周速度よりも増速して成形中の金属帯に張力を付与しながら成形するロール圧延方法が提案されている。（小奈弘、神馬敬ほか，塑性と加工，１９−２０８（１９７８），p４４１．）
このロール成形中に張力を付与する方法については、ポケットウェーブの発生を抑制する有効な手段と考えられるものの、付与できる張力の大きさには限界があるため急峻度で０．５％を大きく超えるような大きなポケットウェーブを消去することは困難と考えられ、さらに金属帯の種類によってはロールとの摩擦による成形品表面の疵に関しても問題があると考えられる。
【０００６】
また、同文献（塑性と加工，１９−２０８（１９７８），p４４１．）には、ロール一段当たりの成形量に制約を設け、すなわち成形段数を多くとっ丁寧な成形を施すこともポケットウェーブの発生抑制に効果があるとしている。しかしながら、この方法とても、ロール費を含む設備費の増大を伴うことから製造コストの面で問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術をみる限り、ポケットウェーブの発生を素材の特性面から解決を図った例は見当たらない。そこで、本発明者らは、ポケットウェーブの発生に有効な素材特性について検討することから研究を始めた。
そして、本発明は、従来困難とされてきた成形品の平坦部の幅が板厚のおおよそ９０倍以上である広幅材についても、ポケットウェーブの発生が抑制されてロール成形後に優れた平坦部形状性を呈するロール成形用塗装ステンレス鋼帯を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のロール成形用ステンレス鋼帯の製造方法は、その目的を達成するため、塗装ステンレス鋼帯の製造に際して、焼鈍後あるいは時効後に鋼帯に付与される長手方向の永久伸びひずみの総量を０．１％以下に規制することにより、素材を長手方向に圧縮したときの降伏応力あるいは０．２％耐力として求められる値の絶対値が、長手方向に引張ったときの降伏応力あるいは０．２％耐力の値の９２％以上の特性、もしくは上記長手方向に引張ったときの降伏応力あるいは０．２％耐力の値よりも３０ＭＰａを超えて下回らない特性を備えさせることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
現在まで、ポケットウェーブに対して根本的な対策が見いだされなかった最も大きな原因として、ポケットウェーブの発生原因自体が明らかにされていなかったことが挙げられる。このようなことから、ポケットウェーブの対策に先だってロール成形工程におけるポケットウェーブの発生原因についての検討を行った。
【００１２】
まず、表１に示す種々の普通鋼塗装鋼板の長手方向（圧延方向）および幅方向について引張試験片を作成し、材料特性の調査を行うとともに、実際にロール成形によって広幅断面材を成形して発生するポケットウェーブの大きさを調査した。その結果を図４および図５に示す。
【００１３】
【表１】
0003841913.tif 000002
【００１４】
各方向の材料特性とポケットウェーブ量を比較したところ、図４に示す長手方向の降伏伸びとポケットウェーブの間にのみ良い相関関係が認められた。この結果より、ポケットウェーブの原因を検討するにあたっては、ロール成形中の長手方向に関する各因子の挙動に着目する必要があることがわかった。
【００１５】
ロール成形中の金属帯には、図６（小奈弘、神馬敬ほか，塑性と加工，１９−２０８（１９７８），p４４１．より引用。）に示すように、成形工程（特にロールスタンド間）における長手方向の軌跡長差に起因して金属帯の幅方向の各位置において長手方向に引張りを受けるところと圧縮を受けるところとがあり、またその場所，力の方向および大きさは刻々と変化している。幅方向に平行かつ長手方向に垂直なある一断面について考えると、張力などの外力が作用していないとすると、幅方向のある部分に引張り力が作用すれば反作用としてそれに見合うだけの圧縮力が他の部分に作用して、断面全体としては引張り力と圧縮力が等しく釣り合った状態にある必要がある。
【００１６】
さらに、このとき引張の材料特性（応力−ひずみ関係）と圧縮の材料特性が等しければ金属帯の幅方向の各位置での引張り力による伸びと圧縮力による縮みは断面全体について積分すれば零となり、成形品自体は長手方向に伸びても縮んでもいないこととなる。
【００１７】
次に、引張強度に対して圧縮強度が低い場合、引張り力に対して釣り合うための圧縮力を発生させるためには引張り力によって発生した伸びひずみよりも大きな縮みを伴うこととなり、長手方向の伸び，縮み量を幅方向断面内で積分すると負となり断面全体が縮むことになる。このような現象はロール成形によって曲げ加工を受ける部分とその近傍におけるものであり、成形中にほとんど変形を受けない平坦部は長手方向に伸び縮みすることなく当初の長さを保つことから、前記のごとくロール成形中に曲げ加工部分に縮みが生じた場合曲げ加工部に対して平坦部の長さが若干長くなるが、成形品として両者は一体となっていることから長い平坦部が長手方向に弾性的に座屈することにより縮んだ曲げ加工部と同じ長さとなる。このようにして生じた平坦部の座屈がポケットウェーブと呼ばれるものである。
【００１８】
引張強度に対して圧縮強度が低くなる主要な原因は、薄板の場合では圧延あるいは形状矯正等の長手方向の予変形に起因するバウシンガー効果であると考えられることから、焼鈍後あるいは時効後の材料に付与される長手方向の永久ひずみの総量を金属帯の種類毎に異なる固有の値以下に規制することで本発明のロール成形用金属帯を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施態様】
以上の力学的な考察に基づき行った実際の製造ラインで行った検討結果を実施例として示す。
【００２０】
供試材は、表２に示すように引張強度よりも圧縮強度が低くなるように、ここでは主としてテンションレベラー，スキンパス等による予ひずみを付与したステンレス鋼板と普通鋼塗装鋼板および詳細な製造履歴が不明な市販の鋼板等を用いた。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
表中の引張の0.2％耐力又は降伏点については、JISに規定されている５号引張試験片或いは13号試験片等の引張試験片にひずみゲージを貼付して伸びひずみを測定するとともにロードセルによって引張荷重を測定して、最大２％程度までの伸びひずみの範囲内で正確な真応力−真ひずみ曲線を調査した後0.2％耐力或いは降伏点を求めた。
【００２３】
圧縮の0.2％耐力又は降伏点については、図７（桑原利彦，渡辺和則ほか，塑性と加工，３４−３８５（１９９３），ｐ１７１．より引用）、図８および図９（桑原利彦，宮下洋介ほか，塑性と加工，平成５年春季講演論文集，ｐ５１．より引用）に紹介されている圧縮試験方法によった。圧縮試験片形状は40mm幅×190mm長さ×板厚で、長手方向の圧縮ひずみを測定するためのひずみゲージを貼付した試験片の表面に、摩擦低減のため両面に厚み50μmのテフロンテープを貼付しさらに防錆潤滑油（ジョンソンメタルケアー）にて金型との潤滑を行った。
【００２４】
圧縮時の試験片の座屈を防止するために上下から図８に示す櫛歯状の金型により必要最小限の15kNの力で試験片を保持した。このときの試験片と上下の櫛歯金型の摩擦力については図８（桑原利彦，渡辺和則ほか，塑性と加工，３４−３８５（１９９３），ｐ１７１．より引用）に開示されているように、試験片が実際に圧縮されるまでの試験片と櫛歯金型が滑っているときの荷重を摩擦によるものとして実際にロードセルから検出された圧縮荷重より差し引くことにより、試験片を圧縮するのに必要な応力を求めた。
【００２５】
本実施例において実測された試験片と櫛歯金型の摩擦力は約729Nで、摩擦係数としては約0.024であった。なお、試験片を櫛歯金型により上下方向から保持しているため、試験片には長手方向の圧縮力と共に板厚方向にも平均値で２ＭＰａ弱の圧縮応力が作用し、見かけ上の長手方向の圧縮応力を増加させることとなるが、本実施例ではその影響は圧縮応力の高々０．５％程度であるので特に考慮はしていない。ただし、試験片を保持する力が大きくなれば測定誤差の増大を避けるために板厚方向応力を考慮する必要がある。以上のように圧縮試験片表面の櫛歯金型の歯の隙間に貼付したひずみゲージにより圧縮ひずみを検出するとともにロードセルにより圧縮荷重を検出して、最大約２％までの圧縮試験における真ひずみ−真応力曲線を調査した後0.2％耐力或いは降伏点を求めた。
【００２６】
圧縮の0.2％耐力或いは降伏点については、表２では正負の符号を省略して絶対値で表記している。なお、引張試験および圧縮試験共にひずみ速度が約0.004/secとなるような速度で試験を実施した。引張および圧縮試験片は試験片の方向（付加方向）がロール成形時の成形方向と一致するように金属帯の長手方向に沿って採取した。
【００２７】
ポケットウェーブについては各供試材を222mm幅×2,000mm長さに切断した後、実際に成形段数10段のロール成形機によって図１０に示す平坦部の幅が板厚の300倍（平坦部の幅120mm，板厚0.4mm）の広幅断面材を成形して測定した。
ポケットウェーブは座屈波の高さを波の周期で除して得られる急峻度（パーセントで表記）で表した。
【００２８】
引張の0.2％耐力或いは降伏点に対する圧縮の0.2％耐力或いは降伏点の絶対値大きさと、発生したポケットウェーブの関係をまとめると図１１のようになり、絶対値において引張の0.2％耐力或いは降伏点の９２％以上の圧縮の0.2％耐力或いは降伏点を確保することにより、実質上問題となる急峻度が０．３％を超えるようなポケットウェーブを防止することが可能である。
【００２９】
強度レベルのほぼ同等となる、金属帯を鋼板およびステンレス鋼板に限定した場合について引張の0.2％耐力或いは降伏点の絶対値から圧縮の0.2％耐力或いは降伏点の絶対値を減じた量とポケットウェーブの関係をまとめると図１２のようになり、鋼板あるいはステンレス鋼板においては圧縮の降伏応力あるいは０．２％耐力の絶対値が、引張の降伏応力あるいは０．２％耐力の絶対値よりも３０ＭＰａを超えて下回らないようにすることでも急峻度が０．３％を超えるようなポケットウェーブの発生を回避することができる。
【００３０】
前述のように引張強度に対して圧縮強度が低くなる主要な原因はバウシンガー効果であるが、本実施例においては焼鈍後あるいは時効後にスキンパス圧延あるいはテンションレベラーによって長手方向に永久ひずみを付与しているものの、各工程での伸び率の設定値に対して実際にどの程度の長手方向永久伸びひずみが素材に付与されたかを正確に測定することは困難である。したがって、本発明によるポケットウェーブを生じない鋼帯を得るために必要な長手方向の永久伸びひずみ量を別途一軸引張によって検討したところ、図１７および図１８に示すように本実施例で用いたＳＵＳ３０４ステンレス等の鋼板の場合では焼鈍後あるいは時効後の材料に付与される長手方向の永久伸びひずみの総量を０．１％以下に規制することで、本発明による圧縮の降伏応力あるいは０．２％耐力の絶対値が、引張の降伏応力あるいは０．２％耐力の絶対値よりも３０ＭＰａを超えて下回らないような材料が得られる。
【００３１】
なお、図１５は、焼鈍後のＳＵＳ３０４ステンレス鋼板の長手方向永久伸びひずみ量と、引張の０．２％耐力との差の関係を、図１６は、焼鈍後のＳＵＳ３０４ステンレス鋼板の長手方向永久伸びひずみ量と、圧縮の０．２％耐力の絶対値の差の関係を示すグラフである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明により、金属帯の種類を問わず長手方向の引張強度と圧縮強度を規定範囲となるような製造条件を選定することで、確実にロール成形工程におけるポケットウェーブの発生を回避することが可能となった。さらに、素材によってポケットウェーブの回避が可能となったことから、製品形状の制約を受けず、成形手段および装置に特別な対策を講じる必要もなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】    ポケットウェーブを示す説明図
【図２】    従来のポケットウェーブ対策の例
【図３】    従来のポケットウェーブ対策の例
【図４】    降伏伸びとポケットウェーブの関係（長手方向）を示す図
【図５】    降伏伸びとポケットウェーブの関係（幅方向）を示す図
【図６】    溝型鋼をロール成形する際の金属帯のはば方向各位置の軌跡長差に基づく長手方向の伸び・縮み変形の分布状態の例を示す模式図（小奈弘、神馬敬ほか，塑性と加工，１９−２０８（１９７８），p４４１．より引用）
【図７】    面内圧縮試験の工具（櫛歯金型）の例と、荷重−変位の例を示すグラフ（桑原利彦，渡辺和則ほか，塑性と加工，３４−３８５（１９９３），ｐ１７１．より引用）
【図８】    金属薄板の櫛歯金型による面内圧縮試験装置（桑原利彦，宮下洋介ほか，塑性と加工，平成５年春季講演論文集，ｐ５１．より引用）
【図９】    櫛歯金型による面内圧縮試験装置（桑原利彦，宮下洋介ほか，塑性と加工，平成５年春季講演論文集，ｐ５１．より引用）
【図１０】    ポケットウェーブ発生量の評価に使用した広幅材の断面形状（小奈弘、神馬敬ほか，塑性と加工，２３−２５８（１９８２），p６６４．より引用）
【図１１】    引張降伏応力又は０．２％耐力に対する圧縮降伏応力又は０．２％耐力の絶対値の比とポケットウェーブ発生量の関係を示すグラフ
【図１２】    引張降伏応力又は０．２％耐力に対する圧縮降伏応力又は０．２％耐力の絶対値の差とポケットウェーブ発生量の関係を示すグラフ
【図１３】    引張と圧縮の応力−ひすみ曲線の測定例（供試材Ｎｏ．２０）
【図１４】    引張と圧縮の応力−ひすみ曲線の測定例（供試材Ｎｏ．２２）
【図１５】    焼鈍後のＳＵＳ３０４ステンレス鋼板の長手方向永久伸びひずみ量と、引張の０．２％耐力との差の関係を示すグラフ
【図１６】    焼鈍後のＳＵＳ３０４ステンレス鋼板の長手方向永久伸びひずみ量と、圧縮の０．２％耐力の絶対値の差の関係を示すグラフ
【図１７】    焼鈍後のＳＵＳ３０４ステンレス鋼板の長手方向永久ひ伸びずみ量と、引張の０．２％耐力と圧縮の０．２％耐力の絶対値の差の関係を示すグラフ
【図１８】    焼鈍後のＳＵＳ３０４ステンレス鋼板の長手方向永久ひ伸びずみ量と、引張の０．２％耐力と圧縮の０．２％耐力の比絶対値の差の関係を示すグラフ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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