JPH02280907A - ダル加工用圧延ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、鋼板、例えば冷延鋼板の表面にダル加工を
施すための圧延ロールに関し、特に耐摩耗性に優れ、し
かも鋼板の表面に最も望ましい性状のダル加工を施すこ
とができる圧延ロールとその製造方法に関する。

（従来の技術） 家電製品、事務用機器などの外装、その他広い分野で鋼
板が使用されているが、特に冷延ｉ＋ｍＦｉは加工性に
優れ、しかも比較的安価であるため自動車の外装材等に
多量に使用されている。

これらの鋼板に求められる性質は様々であるが、材質上
の要求の外に表面性状についての要望が最近廠しくなっ
てきた０例えば、鋼板表面の美しさやプレス加工性など
も鋼板表面の性状、具体的には表面の粗度に影響される
ところが大きい、一般に鋼板の表面は平滑な（粗度が小
さい）はど金属特有の光沢があって美しい、しかし、プ
レス加工性その他の点から、適度のネ■度を持つことが
必要とされ、鋼板の表面に微小凹凸を付けて所定の粗度
を与えることが多い、これを一般にダル加工と呼んでい
る。そして、このダル加工は鋼板の最終圧延、例えば調
質圧延に使用するワークロールの表面に凹凸加工（ダル
加工）を施して、これを鋼板の表面に押圧転写する方法
を用いるのが普通である。

上記ワークロール（以下圧延ロールという）の表面の凹
凸加工の方法としては、ショツトブラスト法、放電加工
法が一般的であるが、最近では特公昭６２−１１９２２
号公報に紹介されているようなし−ザービーム加工法が
実用化されつつある。この方法は、レーザービームをチ
ョッパーブレードにより変調させ、レンズによりロール
表面に集光し、ロール材料を溶融させ、加工補助ガスを
吹き付けることにより、溶融した金属を流動・凝固させ
凹凸を形成する技術である。このようにして形成された
ロール表面のクレータは、第１図に示すように、周囲に
リング状の盛り上がり　（凸部）を有し、中央が凹んだ
形状となる。この盛上がり部は、第４図に示すように、
レーザー照射により溶融した金属が加工補助ガスにより
溶融池から排出され急冷凝固したものである０通常の冷
間圧延ロール材質では、盛上がり部のＭ織が極めて短い
冷却時間のため残留オーステナイトの多い組織となり、
母材より軟化している。

第２図は、上記のようなレーザーによりダル加工された
ロール（以下、レーザーダルロールという）で調質圧延
された鋼板（以下、レーザーダル鋼板という）の表面を
模式的に示したものであり、（ａ）が平面図、（ｂ）が
（ａ）のＢ−Ｒ線断面図である０図示のとおり、比較的
低圧下の場合、鋼板の表面にはリング状の満１を周囲に
有し、中央部２が若干凸または平坦なりレータ杖の凹凸
（ロールの凹凸が反転したもの）が形成される。

レーザーダル鋼板は、クレータの中央部の台地とクレー
タ−の外側が比較的平坦な面となり、またうねりも小さ
いことから塗装後の鮮映性（写像が鮮明で歪みがない状
態）に優れている。一方、鋼板のプレス加工性の観点か
らは、平坦面の確保だけでは焼き付きを起こし易くプレ
ス加工時の油溜まり、金属粉のトラップサイトとして、
適度な凹部を有していることが必要とされる。レーザー
ダル綱板では、ショットダル法に比べ、一つ一つが大き
く、深い凹部を規則的につけることができるため、凹み
部の面積の比率が小さいにも拘らず、ショットダル鋼板
と同等以上のプレス成形性を得ることができる。

上記のレーザーダル法は、ロールのレーザー加工におい
て凹凸の形状や配置（まとめて凹凸パターンまたはダル
パターンという）を調整することによって、そのロール
で圧延する鋼板の平坦度などを相当程度コントロールす
ることができるから、例えば、塗装鮮映性と加工性が共
に優れた鋼板等を製造する技術として優れたものである
。

（発明が解決しようとする課題） 前記のようにロール表面の凹凸パターンを調整して、そ
れによって圧延する鋼板の平坦度をコントロールしよう
とする場合、ロールのクレータ盛上がり（以下、微小凸
部という）の形状が圧延中に摩擦や塑性変形によって変
化していくことは好ましくない、ところが圧延による転
写の際、微小凸部に圧力が集中する上に、前述した如く
その部分は金属組織的にも軟質であるため、レーザーダ
ルロールは、圧延量の増加に伴い、微小凸部が摩耗して
いく、そのため、同一ロールを用いても製造されるロー
ルの表面性状が変化していくことが避けられず、頻繁に
ロールの取替えが必要となる。

また、レーザーダル鋼板の表面形状の特徴である深くて
急峻な凹み部は、表面清浄化のための脱脂処理の際にも
、内部に入り込んだ油脂が除去されにくい傾向にある。

そのため、脱脂工程につづく化成処理において化成処理
結晶が十分に得られなかったり、メツキ工程で凹みの底
部のメッキ厚が充分でないといった問題が生じる。

本発明の目的は、凹凸パターンが崩れ難く長期の使用に
耐えるダル加工ロールであって、かつそのロールで圧延
した鋼板表面の凹凸パターンが、極端に急峻なものにな
らず、化成性（例えば、塗装下地としてのリン酸塩皮膜
が良好に形成される性質）に優れた表面性状となる圧延
ロールを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明らは、レーザーダルロールの表面凹凸パターン（
ダルパターン）とその耐久性、およびかかるロールで圧
延した鋼板の化成性などについて詳しく調査した結果、
次のような知見を得た。即ちダルパターンの耐久性不足
、およびレーザーダル鋼板の化成不良などは、いずれも
ロール表面の盛上がり部の急峻な形状に起因する。これ
らの問題を解決するためには、ダル耐久性については、
圧延時の盛上がり部の鋼板への押し込みにおける面圧を
減少させることが有効であり、化成性については、鋼板
の凹み形状が滑らかな盆地状であることが望ましい、そ
して、この望ましい形態を得るためには、ロール表面の
盛り上がり部（微小凸部）の幅と高さを所定の範囲に収
めればよいことを確認した。

ここに、本発明は、「鋼板表面にダル加工を施すための
圧延ロールであって、その表面の微小凸部の幅Ｗ、（−
ｍ）　と高さＨ１（ｍｍ）　とが、Ｗｌ”／Ｈ１≧０．
０８（ｇｉ麟）の関係にあることを特徴とする圧延ロー
ル」をその要旨とする。

（作用） 以下、鋼板の最も代表的なものである冷延鋼板を例とし
て、本発明の詳細な説明する。

前述のレーザーダル鋼板は、ロール表面にレーザー加工
によって形成された１つ１つのクレータ−の盛上がり部
（微小凸部）が、圧延によって鋼板に押し込まれること
により、無数の均一な塑性変形現象が同時に起こる結果
、鋼板に均一な凹みが規則的に形成されることを特徴と
している（第２図参照）、従って、ロールの耐久性は、
微小凸部の鋼板への押し込みの際における応力状態によ
って支配されると考えられる。

第３図は、第１図に示したレーザー加工ロール表面のク
レータ−の一つを拡大して示したもので、（ａ）が平面
図、（ｂ）が（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。この図は
、実際のレーザーダルロールの凹凸をほぼ正確に模写し
たものであるが、その凸部（イ）の付近の断面曲線は、
第３図の（Ｃ）のように近イ以でき、 ｙ−Ｈｌｓｉｎ（ｇｘ　／Ｗ＋）　　・・・■と表すこ
とができる。ただし、 Ｗｌ　：凸部の幅　（−一） Ｈｌ　：凸部の高さ（−） ０≦×≦Ｗ１ 従って、凸部先端の最小曲率半径をρとすれば、ρ　　
　　ｄｘ” ０式を微分して、 これにＸ＝−を代入して、 １　　　　　πｔＨ１ ρ　　　　　Ｗｌ” πｔＨＩ となる。

一方、鋼板圧延時における凸部の先端の応力Ｐは、Ａ／
ρ＠　（Ａおよび−は定数）に比例するから、ρの値を
調整することによって凸部先端にかかる応力が制御でき
、ひいては凸部の耐久性（耐摩耗性）を制御できるはず
である。しかしながら、レーザービームで瞬時に溶解さ
れ凝固する凸部の先端の曲率半径を直接的に制御するの
は困難である。そこで、本発明者らは、ρの制御におい
て、（Ｗｌ”／Ｈ，）をパラメータとすることが妥当で
あると考えた。そして、ロールのレーザーダルの耐久性
と（Ｗｌ”　／Ｈ１）の関係を明らかにすべく、後述す
る方法によって、ＷｌとＨｌの大きさを種々に変化させ
たロールを作製し、初期の凸部の高さＨｌ・対する、冷
延鋼板５００　ト、を圧延した後のロール凸部の盛上が
り高さＨ，＋″の比（Ｈ，”／Ｈ−）について調査した
結果、 （Ｗｌ”／Ｈ１）≧０．０８　（ａｓ）において、優れ
た耐久性が得られることを見い出した。

上記のように、ロール表面に形成される微小凸部の幅と
高さが調整されていれば、凸部先端の曲率半径ρが大き
くなり、耐摩耗性が向上するだけでなく、このロールに
よって圧延された鋼板表面の性状も改善される。

即ち、滑らかな盛上がりを有するロールのダル形状が転
写された鋼板の凹みの断面形状も滑らかになる結果、そ
の脱脂処理性が向上する。脱脂処理の良し悪しは、次工
程の化成性に影響する。そこで、前記にテストにより製
造した種々の凸部先端曲率をもつロールで圧延試作した
鋼板について、その凹み形状と化成性の関係について調
査を行った。

化成性は、脱脂工程を経てリン酸亜鉛処理を行う通常の
塗装前処理工程に沿って化成処理を行い、ＳＥＭ　（走
査型電子顕微鏡）を使用して評価した。

なお、塗装下地としての化成処理皮Ｍ（りん酸塩皮膜）
は、外観ムラがなく、ミクロ的には微細なりん酸塩結晶
が表面を緻密に被覆しているのが好ましい、従って、化
成性の評価は被覆度と結晶粒の大きさとで評価した。

この調査結果から、下記の結論が得られた。即ち、第２
図の（Ｃ）は、同図（ｂ）の凹み部の拡大図であるが、
ここで、 Ｗｌ　　＋凹みの幅（義−） ｈ、：凹みの深さ（ｍｍ） とすれば、（ｗ、”／ｈ＋　）≧０．１　（−一）であ
る鋼板は、特に化成性に優れている。ただし、通常は０
．０８以上であれば、次工程の電着塗装の品質には問題
ない。

急峻な凹み形状では限られた時間内で脱脂が十分にされ
ないため、化成処理工程まで防錆油等の油分が持ちこま
れ、化成液と鋼板表面が十分に接することができないた
めに、化成結晶の粗大化やスケとなる。しかし、上記の
式を満足するような凹みの形状゛をもつ鋼板は、凹みの
断面曲線が滑らかであり、脱脂が容易に進行するのであ
る。

鋼板の凹部の形状は、ロールの凸部の形状が反転して転
写されたものである。転写率は圧下率によって変化する
から、凹部と凸部の大きさは同じではないが、 （Ｗｌ”　／Ｈ１）ζ（ｗｔ”／ｈ＋）の関係が成り立
つ、従って、前述のＷ　＋　”／　Ｈ＋が０．０８以上
であるロールで圧延された鋼板の凹部の形状は、はぼ、
（Ｗ、”／ｈ、）≧０．０８の関係を満足し、化成処理
性の優れたものとなる。

次に、本発明の圧延ロールを製造する方法について述べ
る。

第４図は、レーザービームでロール表面に凹凸加工を施
す状態を概念的に示したものである。レーザービームで
溶融したメタルは加工補助ガスで溶融池から排除されて
その周囲の盛り上がって凝固する。加工補助ガスとして
は、通常、酸素が使用されるが、その場合、第４図の（
ａ）に示すように、溶融池で激しく酸化反応が起き、溶
融メタルは周囲に排除されてリング状の盛り上がりにな
る。しかし、本発明者らの試験結果によれば、加工補助
ガスとして不活性ガスを用いれば、第４図の（ｂ）に示
すように、盛り上がりは一方に偏りその形状が滑らかな
三日月形の山部となる。そしてその山頂部の曲率半径が
大きくなり、（ｗｔ”／Ｕ＋）≧０．０８　（ｍｍ）の
関係を満たす凸部が容易に得られる。

従来のレーザーダル加工では、より高い効率でロールを
加工するために、前記のように加工補助ガスに酸素を用
い、レーザー照射により溶融した金属の燃焼反応を誘起
することによって、高い盛上がりを得ることが行われて
いる。加工補助ガスに酸素を用いた場合、前述したよう
に盛上がり部の形状はリング状になる結果、Ｈ２の割に
Ｗｌが小さくなり、先端の曲率半径が減少し、良好な耐
久性が得られない、一方、加工補助ガスに不活性ガスを
使用すれば、前述のレーザーダル加工による盛上がり形
成プロセスにおいて、酸化反応が起こらず、溶融金属は
周囲に押し拡げられることなく、ガスの動圧のみによっ
て溶融池から排出されるため、ガスの吹き付は方向に沿
って、片寄った盛、Ｌがり部が形成される結果、先端部
の曲率半径が大きい滑らかな盛上がり部が得られるので
ある。

なお、レーザーダル鋼板では、成形性の点から言って、
凹み部の面積および深さが極端に小さいとプレス加工の
際の油溜まり、および微小金属粉などのトラップサイト
としての機能を果たさなくなり型かじりが発生し易（な
る０本発明者らは、同一のレーザー加工条件で、加工補
助ガスのみ変えてダル加工を行い、得られたリング状お
よび三日月形のクレータ−について、鋼板の圧延試作を
行い、プレス成形性と塗装鮮映性について調査した。そ
の結果、ロールの凸部形状が三日月形であっても、従来
のリング状の凸部を持つロールで圧延された鋼板と同等
の特性を有していることをる１認した。

三日月型クレータ−を得るための加工補助ガスとしては
、窒素、アルゴン等の不活性ガスが望ましい、しかし、
レーザー照射エネルギーが極端に大きくない場合、酸素
分圧の低下に従い、徐々に（Ｗ１２／Ｈ１）が大きくな
ってくる。実験結果によれば、酸素含有量が２５ｖｏ１
１％以下の不活性ガスであれば、（Ｗ、”／Ｈ１）≧０
．０８を満足する凸部の形状が得られる。従って、例え
ば、空気を加工補助ガスとして使用してもよい。

（実施例） 下記の条件でレーザーダルロールを作製し、その凸部形
状（Ｗ１２／　Ｈ＋）と耐摩耗性（Ｈ，’″／■−）、
並びにそれらのロールで圧延した鋼板の凹部形状（ｗｌ
”／ｈ＋）、鮮映性、化成性および加工性を調べた。

■　ロール材質：　ＪＩＳ　５ＵＪ−２鋼■　ロール加
工法； Ａ　レーザーダル加工（加工補助ガス・・・酸素）Ｂ　
レーザーダル加工（加工補助ガス・・・窒素または窒素
と酸素の混合ガス） 但し、レーザーダル加工は出力２ＫＨの炭酸ガスレーザ
ー発振器を用い、チョッパーにより周波数１０ＫＩｉｚ
のパルスビームを発振し、これをロール表面にレンズに
より集光した。加工補助ガスは、ビーム集光点に内径ｌ
−φのノズルから吹き付けた。

■　綱板：　　ＪＩＳ３３１Ｇの５ＰＣＩＩＳ材、板厚
ｌｌ−■　圧延条件：圧下率０．８％の調質圧延を１パ
ス行った。

［Ｆ］　耐摩耗性の試験条件】 ロール表面粗度（３次元プロフィール）を、レーザーダ
ル加工直後及び上記鋼板をｓｏｏ　ト、圧延した後に測
定し、それぞれの微小凸部の高さＨ−５１冒−の比（Ｉ
ｌｌ”　／Ｈ１＠）にて評価した。９０％以上を良とし
た。

■　鮮映性の試験条件： 自動車外装板の塗装に倣って、浸漬化成後カチオン電着
塗装（２０μｍ）、中塗り（３５μ錫）、上塗り（３５
μ−）の３コートした塗板についてＰＧ口計（日本色彩
研製）を用いて鮮映性を評価した。化成剤、塗料はいず
れも市販の自動車用のものである。

■　化成性の試験条件： 市販の自動車用脱脂剤を用いて２分間浸漬脱脂後、浸漬
型リン酸亜鉛処理剤に２分浸漬し、水洗乾燥後、ＳＥＭ
にてリン酸亜鉛結晶の状態を観察して評価した。評価は
化成結晶の粗大化や結晶が付着していないスケ部がある
ものを×とし、良好なものをＯとして行った。

■　プレス加工性の試験条件： 円筒絞り試験による限界絞り比（ＬＤＲ）によって評価
した。２．２以上を良好とした。

上記の結果を第１表のまとめて掲げる。

第１表から、（ｗ１２　／Ｈｔ　）≧０．０８・（鵬■
）の条件を満たす本発明のロールは、耐摩耗性に優れ、
しかもそのロールで圧延された鋼板は化成性が良好であ
ることが分かる。

（発明の効果） 本発明は、鋼板表面ダル加工用のロールの寿命を延ばし
、ロール原単位の削減とロール替えの減少による工程短
縮という大きな実益を生むものである。しかも、本発明
のロールでダル加工された冷延鋼板、熱延鋼板、そのめ
っき鋼板などは、塗装下地等のための化学的前処理にお
いて優れた表面処理性をもつ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レーザーダルロールの表面拡大模式第２図は
、レーザーダルロールで圧延したダル鋼板の表層部の拡
大模式図で、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）のＢ−Ｂ
線断面図である。 第３図は、第１図に示したレーザー加工ロール表面のク
レータ−の一つを拡大して示したもので、（ａ）が平面
図、（ｂ）が（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は（ｂ）
の凸部付近の近似断面曲線を示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 鋼板表面にダル加工を施すための圧延ロールであって、
   その表面の微小凸部の幅Ｗ＿１（ｍｍ）と高さＨ＿１（
   ｍｍ）とが下記の関係にあることを特徴とする圧延ロー
   ル。 Ｗ＿１＾２／Ｈ＿１≧０．０８（ｍｍ）