JPH0318524B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は稠密六方晶金属板の冷間圧延方法に関
し、特に表面精度の良好な同金属板を高生産性の
もとに製造することのできる冷間圧延方法に関す
るものである。 本発明で冷間圧延の対象となる稠密六方晶金属
板とは、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を総称する。また本
明細書における圧延速度は圧延機の出側における
通板速度を意味する。 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、潤滑性の良い圧延油
を使用す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、この種の難加工性金属板の冷間圧延に
おける重要な課題となつている。そしてこのオイ
ルピツトの許容限界は製品の用途に応じて定めら
れ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、圧延ロールと被圧
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。さらに焼付の発生は板の
表面精度も著しく低下するため圧延ロールの再研
削が必要となる。 従来は圧延初期の固着は焼付きの発生の原因に
なると考えられ、圧延初期から極力固着を防止す
るよう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、圧延ロールを研磨仕上げロ
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。 この様な状況であるから前述の如き金属板の冷
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に置いて改良研究が
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。 本発明者等はこうした事情に鑑み、特に稠密六
方晶金属板を対象としてオイルピツトの問題と焼
付きの問題を同時に解消し、表面精度の良好な同
金属板を得ることのできる技術を確立しようとし
て種々研究を進めてきた。その結果、冷間圧延の
初期段階で圧延ロールの表面に被圧延金属をむし
ろ積極的に固着させ、一定距離の圧延でこの被圧
延金属の固着層を均質に形成させておけば、この
均質な固着金属微粉が一種のコーテイング層とな
つてオイルピツトも焼付きも生じない圧延続行が
可能となり、表面精度の卓越した同金属板が得ら
れる、という従来の常識からは到底予測すること
のできない新たな事実を知見した。 本発明はかかる知見に基づく研究の結果として
茲に提供するものであり、その構成は、研削仕上
げ済みの圧延ロールを用いて稠密六方晶の金属板
を冷間圧延する方法において、圧延の初期は潤滑
剤を用いて100ｍ／分未満の通板速度で冷間圧延
を行なうことにより、前記圧延ロール表面に被圧
延材の表面金属一部による均質な付着層を形成せ
しめ、しかる後潤滑剤を変えることなく100ｍ／
分以上の通板速度で冷間圧延を行なうところに要
旨を有するものである。 従来の一般常識では、前述の如く冷間圧延工程
で焼付きが発生すると圧延荷重が増大して操業性
が低下すると共に、圧延製品の表面精度も著しく
劣化すると考えられていたが、本発明では、上記
の如く或は以下に詳述していく様に圧延の初期段
階で固着の生じ易い圧延条件を設定し、かかる圧
延条件のもとに一定距離の圧延を継続することに
よつてロール表面に被圧延金属の均一なコーテイ
ング層を形成させ、しかる後更に冷間圧延を続行
していくものであり、初期の固着コーテイング層
の形成によつて、その後はオイルピツトの発生や
圧延荷重の増大等を生ずることなく、表面精度の
極めて優秀な稠密六方晶金属板を円滑な操業性及
び高生産性のもとで冷間圧延することができる。 本発明においては、圧延初期段階で圧延ロール
表面に固着コーテイング層を形成する手段とし
て、圧延初期の速度を100ｍ／分未満の低速とす
る方法を採用している。即ち通常の冷間圧延にお
いては、速度が速くなる程ロールバイト部への潤
滑剤の持込み量が増大して固着が生じ難くなり
（反対にオイルピツトは生じ易くなり）、低速にな
るとバイト部への潤滑剤持込み量が少なくなつて
固着を起こし易く（逆にオイルピツトは発生し難
く）なることが知られている。焼付きを生じる圧
延速度は、被圧延板の種類や潤滑剤の種類によつ
て変わるが、種々実験の行なつたところでは、稠
密六方晶金属板を対象とするかぎり、潤滑剤の良
好な潤滑剤を使用した場合でも、圧延速度を100
ｍ／分未満（より確実には90ｍ／分未満）に設定
すると固着が発生し（後記第５図参照）、この状
態で所定時間（或は所定長さ）の圧延を行なえ
ば、圧延ロールの表面に稠密六方晶金属からなる
均一な固着コーテイング層を形成し得ることが確
認された。そして固着コーテイング層が形成され
た後は、潤滑剤の種類を変えることなく100ｍ／
分以上の速度で冷間圧延を続行することにより、
以降はオイルピツトや焼付きを殆んど生ずること
なく極めて表面精度の高い圧延板を円滑に製造す
ることができる。第１図はこうした圧延速度の変
化を概念的に示したグラフであり、圧延開始直後
は所謂ダミーテイルを供給し、次いで圧延の開始
に合わせて潤滑剤を供給する。この圧延開始時は
圧延速度を100ｍ／分未満（固着を起こし易い速
度）に設定し、低速で所定時間圧延を行なうこと
により圧延ロールの表面に被圧延金属を固着させ
る。そしてロール表面に固着コーテイング層がほ
ぼ均一に形成された後は、潤滑剤の種類を変える
ことなく圧延速度を100ｍ／分以上の速度に設定
し冷間圧延を継続する。尚均質な固着コーテイン
グ層が形成される時間長さ及び圧延速度は、前述
の如く被圧延金属板の種類によつて異なるので、
低速圧延を実行時間は、その時の圧延速度に応じ
て適当に決めればよい。即ち固着は、前述の様に
圧延速度が遅い程発生し易いので、均質な固着コ
ーテイング層を形成するための最初の圧延速度を
遅くすればする程、第１図の破線１，２で示した
様に100ｍ／分以上の圧延速度に高める為の加速
時間ＴをＴ１，Ｔ２の様に早めていくことができ
る。尚本発明は圧延初期の圧延速度と定常圧延期
に移行してからの圧延速度を前述の如く前者を低
速、後者を高速にしたところに要旨を有するもの
であり、この間潤滑剤を変更、即ち鉱油系から牛
脂系へといつたベース油の変更を含む様な変更を
することはない。 第２図は小型の２段圧延機を使用し、板厚0.87
ｍ、板幅60mmのTi板を冷間圧延したときの、各
パス毎の平均圧延圧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、同様のロールにTiの固着コーテイング層を
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（粘度：
60cst／40℃）を用いた。圧延速度は200ｍ／分で
ある。第３図および第４図は得られた冷延板表面
の顕微鏡写真を示す。コーテイングロールで圧延
された板の表面第３図にはオイルピツトが全く見
られず、優れた表面精度を示すが研削仕上げロー
ルで圧延された板の表面第４図には深さ８〜10μ
の多数のオイルピツトが見られる。 第２図からも明らかな様に、累積圧下率の低い
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高く圧延
効率は低い。しかし研削仕上げロールでは、圧下
率の増加に伴な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行くのに対し、コー
テイングロールを使用した場合は第１パス、第２
パスでは研削仕上げロールの場合よりも平均圧延
圧力は高くなるが、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、本発明法であれば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、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
によつて圧延の中間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、ロ
ールバイト内で圧延材表面から剥離する金属微粉
末が潤滑剤と金属石けんを生成し、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。尚第２図において、コーテイングロールを使
用した場合に低累積圧下率領域で圧延圧力が大き
い理由も明確ではない。しかしロールバイト部で
の金属石けんの生成は被圧延材の塑性変形量と関
係があり、多量の金属石けん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
が小さいため十分な量の金属石けんが生成しない
為であると推定される。 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。 オイルピツトとは、前述の如くロール表面より
も軟質の被圧延材表面がロールバイト内に介在す
る高圧の圧延油によつて、加圧されることにより
生じる凹凸であ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。 尚第１表は、Ti板の冷間圧延用潤滑剤として
最も一般的な牛脂系エマルジヨン（２％）を使用
し、圧延速度を種々変えたときの固着コーテイン
グ層の形成に要するロール回転数を調べた結果を
示したものであり、また第５図はこのときにおけ
るワークロール表面の摩擦係数の変化を示したも
のである。即ちワークロール表面に固着コーテイ
ング層が形成されると、このコーテイング層によ
り表面摩擦係数が変化し、その結果として圧延荷
重が変わつてくる。換言すると、圧延荷重の変化
は直ちに摩擦係数の変化となつて表われるので、
その変化によつて固着コーテイング層の形成状況
を把握することができるのである。

【表】 第１表および第５図からも明らかである様に、
潤滑剤として２％の牛脂系エマルジヨンを用いた
場合は、圧延速度を100ｍ／分未満、より確実に
は90ｍ／分以下とすれば固着が起こり、この状態
でしばらく圧延を続けることによつて、ロール表
面に均一な固着コーテイング層を形成することが
できる。しかし圧延速度を100ｍ／分以上に設定
すると固着自体が発生せず、固着コーテイング層
の形成がなくなつて本発明の目的が果たせなくな
る。 この様に100ｍ／分付近の圧延速度で固着状況
が急変する理由は、次の様に考えられる。即ち金
属板を圧延する場合において、ロールバイトへ一
定量以上の潤滑剤が流入しているときは、ワーク
ロールと被圧延材の間に完全な油膜が形成されて
所謂流体潤滑状態となり、潤滑剤の流入量が一定
値以下となると圧延面全体に油膜が形成され得な
くなって部分的に金属接触が生じ所謂境界潤滑状
態となり、このときに固着が生じるものと考えら
れる。一方、圧延時におけるロールバイトへの潤
滑剤の流入は圧延速度によって著しく影響され、
低速では潤滑剤の巻込みが起こり難くなるため境
界潤滑状態になり易く、一方高速になるほど潤滑
剤の流入量が増大して流体潤滑状態になり易い
が、この潤滑状態は100ｍ／分付近における潤滑
剤流入量を境にして流体潤滑から境界潤滑の発生
へ移行するため、それを境として断続的な変化が
生じ低速度側では固着が発生し、高速度側では固
着が発生しなくなるものと思われる。 この様なところから、本発明では、固着コーテ
イング層を形成する為の条件として、潤滑状態が
境界潤滑に移行する圧延速度「100ｍ／分未満」
を規定したものである。 尚上記の様な固着コーテイング層の形成工程
は、研削仕上げロールを組込んだ後の第１パスの
初期だけで行えば良く、第２パス以後および２本
目以後のコイルの圧延では不要である。従って圧
延速度の低下による生産性の低下は殆んど無視で
きる。 また上記の様にして固着コーテイング層を形成
した後の圧延は、通常の圧延条件、例えば生産性
を高め且つ固着をそれ以上進めないという観点か
ら100ｍ／分以上の速度を選び或は良質の潤滑剤
を使用することが推奨される。なお最高速度は設
備上の制約、並びにロールの加熱といつた圧延技
術上の制約で定められるものであり、オイルピツ
トによる表面精度低下が制約となることはない。 本発明は以上の様に構成されており、その効界
を要約すれば次の通りである。 冷間圧延の開始初期に速度を100ｍ／分未満
に設定して圧延ロール表面に被圧延金属を固着
コーテイングさせることによつて、以降の冷間
圧延をオイルピツトや焼付きを生ずることなく
円滑に実施することができ、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できる。 Ti板等のこれまでの冷間圧延においては、
例えば特開昭56−165502号公報にも開示されて
いる様に、オイルピツト等を防止する為には圧
延ロールを極力小径にしてロールと圧延材との
接触弧長を短くする等の工夫が必要であり、太
径のロールを用いることは実用上困難であると
考えられていたが、本発明であれば太径の圧延
ロールを使用した場合でもオイルピツトや焼付
き等を生ずることなくスムーズに冷間圧延を行
なうことができ、生産性の向上に寄与すること
ができる。 実施例 板厚3.0mm、幅900mmのTi板を使用し、200mmφ
の冷延ロールを用いて下記表の圧下スケジユール
で板厚0.5mmまで冷間圧延する。

【表】 尚第１パスでは、コイルの先端約150ｍを圧延
する間だけ圧延速度を50ｍ／分に設定し圧延油を
供給しながら圧延してロール表面にTiを均質に
コーテイングさせ、その後圧延速度を300ｍ／分
に高め圧延油を供給しながら圧延を続けた。尚圧
延油としては、圧延速度を初めの50ｍ／分とした
とき及び300ｍ／分に高めたときの全期間を通じ
て牛脂系油の２％エマルジヨン（粘度60cst、
at40℃）をスプレー供給した。また２パス目以降
はコイル先端部から約300ｍ／分の速度で圧延油
を供給しながら圧延した。第１パス及び第２パス
は圧下率が10％弱であるが、３パス目以降は何れ
も15％以上の圧下率で圧延が行なわれており、圧
延荷重も600〜700トンの範囲で最終パスまで安定
して冷間圧延を行なうことができた。 第３図はこの方法で得たTi冷延板の表面性状
を示した図面代用顕微鏡写真であり、オイルピツ
トの殆んどない優れた表面精度が得られている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する場合の経時的な圧延
速度の変化を示す概念説明図、第２図は冷間圧延
時の累積ひずみ及び出側板厚と平均圧延圧力の関
係を示すグラフ、第３図は本発明によつて得た圧
延板（Ti板）の表面性状を示す図面代用顕微鏡
写真、第４図は従来法で得た圧延板（Ti板）の
表面性状を示す図面代用顕微鏡写真、第５図は２
％の牛脂系エマルジヨンを使用し、圧延速度を
色々変えた場合におけるワークロール表面の摩擦
係数の変化を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 研削仕上げ済みの圧延ロールを用いて稠密六
   方晶の金属板を冷間圧延する方法において、圧延
   の初期は潤滑剤を用いて100ｍ／分未満の通板速
   度で冷間圧延を行なうことにより、前記圧延ロー
   ル表面に被圧延材の表面金属一部による均質な付
   着層を形成せしめ、しかる後潤滑剤を変えること
   なく100ｍ／分以上の通板速度で冷間圧延を行な
   うことを特徴とする稠密六方晶金属板の冷間圧延
   方法。