JPH0245922B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Ti、Ti合金、Zr、Zr合金の様に結
晶構造が稠密六方晶である金属板の冷間圧延方法
に関し、特にオイルピツトが殆んどなく表面品質
の良好な同金属板を生産性良く製造することので
きる方法に関するものである。

〔従来の技術〕

金属板の冷間圧延においては焼付防止の為圧延
油の使用が必須とされるが、反面圧延油を供給し
過ぎると、圧延ロールと被圧延材の間が流体潤滑
となり、高圧の圧延油と接する被圧延材の自由表
面に凹凸（所謂オイルピツト）を生じることが知
られている。殊に前記稠密六方晶金属の様に結晶
方位によつて変形抵抗が著しく異なる金属では、
変形抵抗の低い方位の結晶が容易に変形する為オ
イルピツトが発生し易く、例えばTi冷延板にお
いては該ピツトの深さが十数ミクロンに達するこ
とも稀ではない。このオイルピツトは最終製品の
表面精度を著しく阻害するので、圧延工程で発生
するオイルピツトを如何に小さくするかというこ
とが、この種の稠密六方晶金属板の冷間圧延にお
ける重要な課題となつている。そしてそのオイル
ピツトの許容限界は製品の用途によつて異なる表
面要求精度によつても異なるが、深さにして１〜
2μｍ以下であることが要求されることも少なく
ない。

一方、オイルピツトの発生を防止する為に潤滑
性の悪い圧延油を使用すると、圧延ロールを被圧
延材の間が境界潤滑となり、ロールバイトにおけ
る摩擦係数が上昇して圧延荷重が増大すると共に
被圧延材がロールに固着する。そしてこの様な状
態で圧延を継続すると、ロールに対する被圧延材
の局部的な固着が進行して所謂焼付きが発生す
る。圧延工程でこの様な焼付きが発生するとロー
ルバイト部での摩擦係数は急激に上昇し、圧延の
続行が不可能になる。更に焼付きが発生するとロ
ールの表面精度が悪くなり冷延板の表面精度も著
しく低下する為圧延ロールの再研削が必要にな
る。即ち圧延初期の固着は焼付きの原因になると
考えられており、従来は圧延初期から極力固着が
抑制される様な圧延操業が行なわれてきた。また
圧延製品の表面精度に大きく影響する最終仕上げ
パスにおいては、圧延ロールに焼付現象が発生し
た場合はもとより、固着だけが生じている場合で
も圧延操業を直ちに中断し、圧延ロールを研摩仕
上げロールと交換して操業を再開すると共に、被
圧延金属の固着した圧延ロールを研削補修工程へ
送つている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この様な状況であるから前述の様な稠密六方晶
金属板の冷間圧延においては、オイルピツトをで
きるだけ抑制し得ると共に焼付きを生じない様な
潤滑油の開発及び操業条件の設定に主眼を置いて
改良研究が進められているが、オイルピツトを抑
制しようとすると焼付きが発生し、焼付きを防止
しようとするとオイルピツトが発生し易くなる、
という不具合いな傾向がある為、オイルピツトと
焼付きをどちらも満足のいく程度まで改善するこ
とは至難のことであると考えられていた。本発明
はこうした実情のもとで、稠密六方晶金属板を対
象としてオイルピツトと焼付きの問題を同時に解
消し、表面精度の良好な同金属板を生産性良く得
ることのできる冷間圧延方法を提供しようとする
ものである。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明は、表面に厚さ0.2μｍ以上の稠密六方晶
金属コーテイングが施された圧延ロールを使用
し、且つ中心粒径が5μｍ以下で鹸化価が80以上
であるエマルジヨン型圧延油を用いて冷間圧延を
行なうところに要旨を有するものである。

〔作用〕

本発明で使用される圧延ロールの表面に形成さ
れる稠密六方晶金属コーテイングとは、めつきの
様に表面の平滑な単一層ではなく、例えば長さ及
び幅が50μｍ以下の単位で微細な凹凸を有する表
面皮膜であり、この様な皮膜は、圧延板と同種の
稠密六方晶金属板を潤滑不良の状態で圧延ロール
に通し、該ロール表面に稠密六方晶金属を万遍な
く焼付かせることによつて形成することができ
る。即ち先に説明した様に稠密六方晶金属は極め
て焼付き易い特性を有しているので、例えば潤
滑剤を用いないで圧延ロールへ供給する、潤滑
性の悪い油（水を含む）を用いて圧延する、潤
滑剤のかみ込み量を抑えることのできる低速圧延
法を採用する、等によつて圧延ロールの表面に稠
密六方晶金属を容易に焼付かせることができる
が、この様にして焼付処理（即ち表面コーテイン
グ処理）を施した圧延ロールを使用すると、通常
の潤滑剤を使用した場合でもオイルピツトや焼付
きを殆んど生ずることなく冷間圧延を円滑に遂行
することができる。

第１図は小型の２段圧延機を使用し、板厚0.9
mm及び板厚50mmのTi板を夫々冷間圧延したとき
の各パス毎の平均圧延力と累積ひずみの関係を示
したものである。尚使用した圧延ロールの直径は
160mmで、研削仕上げ加工を施したままのロール
と、同ロールの表面に予めTiの固着コーテイン
グ層（約1μｍ）を形成したロール（以下コーテ
イングロールということがある）の２種類を使用
し、潤滑剤としては２％濃度の牛脂系エマルジヨ
ン潤滑剤（中心粒径：5μｍ、鹸化価：180、粒
度：60cst／40℃）を用い、圧延速度は200ｍ／分
とした。参考写真１及び２に冷延板表面の顕微鏡
写真を示す。これらの写真からも明らかな様にコ
ーテイングロールで圧延した板の表面（参考写真
１）にはオイルピツトが全く見られず優れた表面
精度が得られているが、研削仕上げロールで圧延
した板の表面（参考写真２）には深さ８〜10μｍ
の著しいオイルピツトが観察される。

また第１図からも明らかな様に、圧延初期の累
積圧下率が低いところでは、コーテイングロール
の方が研削仕上げロールよりもひずみに対する圧
延圧力が若干高く圧延効率はやや低い。しかし研
削仕上げロールでは、圧下率の増加に伴う被圧延
材の加工硬化によつて平均圧延圧力は徐々に増大
していくのに対し、コーテイングロールを使用し
た場合初期の圧延圧力は研削仕上げロールよりも
若干高めであるが、それ以降は逆に低下傾向を示
し被圧延材の加工硬化（累積ひずみ）が増大する
にもかかわらず平均圧延圧力は130Kg／mm²付近で
安定している。即ち通常の冷間圧延法では、累積
圧下率が高くなるにつれて圧延圧力が単調に増加
していく為、圧延末期の圧延圧力は極めて大きく
なるが、コーテイングロールを使用した場合は累
積圧下率が高くなつても圧延圧力は比較的低い値
で安定しているので、被加工材が焼付きを起こし
たり圧延末期の圧延効率が極端に低下することな
く冷間圧延を最後まで円滑に遂行することができ
る。

この様にコーテイングロールを使用することに
よつて圧延の中期乃至後期の圧延圧力が低下する
理由は必ずしも明確にされた訳ではないが、バイ
ト内で圧延材（又は圧延ロール表面のコーテイン
グ層）表面から剥離する金属微粉末が潤滑剤と金
属石鹸を生成し、これが境界潤滑領域での摩擦抵
抗を低減させる為と考えられる。尚コーテイング
ロールを使用した場合における低累積圧下率領域
での圧延圧力がやや大きい理由も明確ではない
が、バイト部での金属石鹸の生成は被圧延材の塑
性変形量と関係があり、多量の金属石鹸が生成さ
れる為にはある程度の塑性変形量が必要であると
の説もあるところから、圧延初期には被圧延材の
塑性変形量が小さい為十分な量の金属石鹸が生成
しない為であろうと推定される。

またコーテイングロールを使用することによつ
てオイルピツトが著しく抑制される理由は次の様
に考えることができる。即ちオイルピツトとは、
前述の如くロールバイト内に介在する高圧の圧延
油により、ロール表面よりも軟質の被圧延材表面
が加圧されて凹凸を生じると考えられているが、
コーテイングロールでは、硬質のロール母材と被
圧延材の間に比較的軟質の金属コーテイング層が
存在する為、このコーテイング層が優先的に変形
して被圧延材の変形を抑制するものと思われる。

尚上記の様な諸効果を有効に発揮させる為のコ
ーテイング層の厚さを明らかにすべく実験を行な
つたところ、0.2μｍ以上の厚さがあればその効果
を有効に発揮し得ることが確認された。この厚さ
は、圧延ロールの表面全体に均質な焼付きコーテ
イング層を形成する為の下限厚さを規定するもの
と考えることもできる。即ち0.2μｍ未満の厚さの
コーテイング層を圧延ロールの表面全体に均質に
形成することは技術的に見て極めて困難であり、
ロール表面の一部に非コーテイング部が残つて局
部的な焼付きやオイルピツトを生じる恐れがあ
る。コーテイング層の厚さの上限は特に存在しな
いが、厚ければ厚い程性能が向上するという性質
のものでもないので、コーテイング層の形成作業
性等を考慮して最も一般的なのは0.2〜2μｍの範
囲である。また該コーテイング層の表面は0.2μｍ
max（研削仕上げロールの表面粗度と同程度）
程度以上の粗さのものが好ましく、この様に表面
の粗いコーテイング層とすることにより焼付き及
びオイルピツトの抑制効果を一段と高めることが
できる。そしてこの様な表面粗度のコーテイング
層は、先に説明した様に「潤滑不良状態で稠密六
方晶金属板を通す」ことによつて容易に形成し得
るもので、この様な処理は圧延ロール成形工程の
末期、或は冷延設備に組込んだ後冷延開始までの
任意の時期に行なうことができる。

尚本発明者等は先に「稠密六方晶金属板の冷間
圧延を行なうに当たり、圧延初期に潤滑不良状態
で圧延することによつて被圧延金属をロール表面
へ焼付かせ、しかる後通常の条件で冷間圧延を行
なう方法」を提案しており、それにより焼付き及
びオイルピツトを防止することに成功している。
本発明の本質的な技術思想は上記の先願発明と酷
似しているが、この先願発明は冷間圧延の予備工
程として一連に行なわれるものであるのに対し、
本発明では冷間圧延工程とは切り離された任意の
時期に所定厚さの焼付きコーテイング層を形成し
ておくものである点で明らかに別発明を構成する
ものである。

この様に圧延ロールの表面に所定厚さのコーテ
イング層を形成しておくことによつて焼付き及び
オイルピツトを激減することができるが、本発明
で意図する高レベルの表面精度を得るには、こう
した構成に加えて分散粒子の中心粒径（例えば第
２図に示す様なエマルジヨン粒径分布におけるピ
ーク位置の粒子径）が5μｍ以下で、且つ鹸化価
が80以上であるエマルジヨン型潤滑剤を使用する
必要がある。

ちなみに第３図は、鹸化価の異なる種々の牛脂
系油を分散質とするエマルジヨン型潤滑剤（濃度
１％又は0.5％）を使用した場合における、圧下
率〔εi＝In（ho／hi）〕と平均圧延圧力（Pm）の
関係を調べた実験結果のグラフである。但し圧延
条件は、ワークロール径254mm、圧延速度12ｍ／
分で１パス当たりの圧下率を10％とし、厚さ1.0
mmの純Ti板を0.5mm厚まで圧延した。第３図から
も明らかな様に圧下率の増大に伴なう平均圧延圧
力の増加傾向は牛脂系油の鹸化価によつて著しく
異なり、鹸化価が零のものでは極く僅かな圧下率
でも圧延圧力は急激に高まり、圧延操業は実質上
困難になると考えられる。そして牛脂系油の鹸化
価が高くなるほど圧延圧力の増加傾向は小さくな
るが、圧延圧力は鹸化価が80の潤滑剤を使用した
ときに観測される圧力が実操業上の限界であり、
80未満のものでは圧延圧力が高くなりすぎて実操
業が困難になる。そして80以上の牛脂系油を使用
したものでは前記増加傾向が比較的緩慢になると
共に、平均圧延圧力は約170Kg／mm²程度以下で頭
打ちの状態となり、圧下率を高めてもそれ以上に
平均圧延圧力が増大することはない。これらの結
果からも明らかな様に、圧延時の通板抵抗を抑え
て冷間通板を円滑に遂行していく為には、エマル
ジヨン型潤滑剤を構成する油性分散質として鹸化
価が80以上のものを選択すべきであることが分か
る。

次に油性分散質の粒径が潤滑性能に与える影響
を明確にする為次の実験を行なつた。即ち油性分
散質として牛脂系油（鹸化価180）を使用し、分
散質の中心粒径の異なるエマルジヨン型潤滑剤
（濃度１％）を用い、Ti板（結晶粒径：約5μｍ）
を200mmφの圧延ロールにより200ｍ／分の速度で
1.0mmｔから0.5mmｔまで15％／１パスで冷間圧延
したときのオイルピツト深さを比較した。結果は
第４図に示す通りであり、中心粒径が5μｍ以下
であるエマルジヨン型潤滑剤を使用するとオイル
ピツト深さを１〜2μｍ以下に抑えることができ、
特に中心粒径が3μｍ以下のものを用いた場合の
オイルピツト深さは殆んど零（オイルピツトな
し）となる。これに対し中心粒径が5μｍを超え
るエマルジヨン型潤滑剤を使用した場合は、オイ
ルピツト深さを2μｍ以下に抑えることができな
い。参考写真３は上記で得た圧延板の表面性状を
抜粋して示す図面代用顕微鏡写真であり、この図
からも明らかな様に、中心粒径が5μｍ以下（鹸
化価は180）のエマルジヨン型潤滑剤とコーテイ
ングロールを組合せて得た圧延板（純Ti板）の
表面精度は極めて優れたものであることが分か
る。

〔発明の効果〕

本発明は以上の様に構成されており、特殊な焼
付コーテイングロールを使用することによつて、
オイルピツトや焼付きがなく表面精度の卓越した
稠密六方晶金属圧延板を得ることが可能になつ
た。しかも圧延時の圧延圧力を低めに抑えること
ができるので、ワークロールに過度の負荷がかか
る恐れもなく、操業性の良い冷間圧延を円滑に遂
行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷間圧延時の累積ひずみと平均圧延圧
力の関係を示すグラフ、第２図は中心粒径の意味
を説明する為の図、第３図は牛脂系エマルジヨン
潤滑剤を使用した場合における圧下率〔εi＝In
（ho／hi）〕と平均圧延圧力（Pm）の関係を示す
グラフ、第４図は同潤滑剤の中心粒径とオイルピ
ツト深さの関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 表面に厚さ0.2μｍ以上の稠密六方晶金属コー
   テイングが施された圧延ロールを使用し、且つ中
   心粒径が5μｍ以下で鹸化価が80以上であるエマ
   ルジヨン型圧延油を用いて冷間圧延を行なうこと
   を特徴とする稠密六方晶金属板の冷間圧延方法。