JPH0461078B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、主として金属材料の圧延用に使用さ
れるクロムめつきダルロールの製造方法に関す
る。 （従来の技術） 例えば、冷間圧延で仕上げられるいわゆる冷延
鋼板には表面が平滑なブライト鋼板とダル仕上に
よつて適度に粗面化したダル鋼板とがある。ダル
鋼板は、通常冷間圧延の最終工程で使用する圧延
用ロールとして、ダル仕上げロール（ダルロー
ル）を使用し、ロール表面の微細な凹凸を鋼板表
面に転与することによつて製造される。 ダルロールは、使用を繰り返すに従つてダルピ
ーク部が摩耗して被圧延材の表面粗度が低下し製
品規格を満足しないようになる。この場合、ロー
ルを交換し、かつ交換したロールは補修更生して
再使用されるが、このロール交換に伴う圧延作業
の中断、ロール補修の工数等が鋼板の製造コスト
の増加を招く。特に、最近微妙に調整された表面
粗度をもつ鋼板が求められるようになつて、その
製造に使用するロールも例えばレーザービームを
用いて表面のダル加工を高度にコントロールする
ことがあり、このような場合、ロール補修のコス
トは著しく高いものとなる。従つて、ダルロール
の耐摩耗性を上げることは、ロール原価の低減、
ひいては鋼板製造コストの低減のために当業者に
とつて極めて重要な課題である。 ロール寿命の延長対策として、最も実際的な手
段はロール表面のクロムめつきである。クロムめ
つき技術はそれ自体多方面で実用化されている技
術であり、耐摩耗性に優れた均一な皮膜をつける
ことも比較的容易である。しかし、表面に凹凸の
あるダルロールでは、クロムめつきをしても圧延
初期に特にダルピーク部において圧延の高負荷の
ためにめつき層に割れが生じ、これが基点となつ
てめつき皮膜の剥離脱落を招く。このようなロー
ルで圧延を続行すると製品鋼板の表面にはダルパ
ターンの粗密むらや押し込み疵が発生し製品不良
となるので、結局ロールの交換が避けられず、ロ
ール寿命の延長効果は乏しい。 上記のクロムめつきの外にも、ロール寿命の延
長策としては、ロールそのものを高合金の耐摩耗
性鋳鋼にしたり、表面焼き入れによつて硬度を高
めたり、或いはタングステンカーバイドやある種
のセラミツクスを溶射肉盛する方法がある。しか
し、これらの方法で延長できるロールの寿命はせ
いぜい２倍程度にすぎず、素材コストの上昇、硬
化層や肉盛層の割れが、剥離などの問題もあつて
実際的な対策とは言い難い。 （発明が解決しようとする課題） 本発明は、現在もつとも実用的なクロムめつき
によるロール寿命の延長を課題とする。 圧延用ロールのクロムめつき方法としては、す
でに特開昭61−201800号公報、同61−202707号公
報の提案がある。しかし、そこに提案されている
方法、即ち、めつきの前に下地となるロール表面
の粗度（Rz）を低下させておくという方法では、
本発明者らの実験では大幅なロール寿命の延長効
果は得られない。 本発明は、特に金属材料の圧延に使用されるダ
ルロールのクロムめつきにおいて、めつきしたロ
ールの使用寿命を大幅に延長すること、およびめ
つき処理の工程を合理化してロール製造または補
修のコストを下げること、を目的とする。 （課題を解決するための手段） 本発明者は、ダル加工されたロールの表面をク
ロムめつきに先立つて適切な条件で処理し、その
粗度を高めておけば、めつき皮膜の密着性が向上
し、圧延時の高負荷による前記のようなめつき皮
膜の割れや剥離が減少することを確認した。 ここに本発明は、「浴温度45〜55℃のクロム電
気めつき浴中で、ダル仕上げの鍛鋼ロールを陽極
とし、積算電流（電流密度×時間）が75〜
250A／ｄm²・分となる条件で電解処理を行い、
PPIで示されるロール表面の山数を電解前の山数
よりも３〜50％増加させ、しかる後に上記ロール
を陰極としてクロムめつきを施すことを特徴とす
るクロムめつきロールの製造方法。」を要旨とす
る。 上記の方法において、電解処理を施す前のロー
ル表面は、ロールの使用目的に応じた粗度をもつ
ダル仕上げとする。ダル加工の方法は、一般的な
シヨツトブラスト法、放電加工法などの外、最近
普及しつつある電子ビームやレーザービームを使
用する加工法等、いずれでもよい。 第１図にシヨツトブラスト法によつてダル加工
したロール表面の拡大断面を示す。なお、同図
は、説明の都合上、横方向に対して縦方向を約50
倍拡大してある。このような凹凸のある表面ロー
ルにそのままクロムめつきを施してもめつき皮膜
の密着性が不十分でロール寿命延長の効果が小さ
いことは前述のとおりである。 本発明では、めつきに先立つてロールを電解処
理して、第１図に示したロール表面の凹凸形状を
第２図に示すように改造（粗面化）するのであ
る。 第２図は、第１図と同様のロール表面拡大断面
図である。図示のとおり、ダル加工によつて付け
られた初期の凹凸模様が、電解処理によつてさら
に浸食され微細な凹凸の数が増大する。このよう
な凹凸の増大を、本発明ではPPI（Peak
Countper Inch）で評価する。PPIは表面粗さの
表記法のひとつとしてSAE規格にあるものであ
る。詳しくは、木下直治監修「表面研磨・仕上技
術集成」日経技術図書(株)P.233に解説があるが、
第３図によつて測定の原理を説明しておく。 例えば、触針先端角度90度、先端曲率半径5μ
ｍのダイヤモンドを使用する触針式粗さ測定器に
よつてロール表面の断面曲線を求める。この断面
曲線の平均線に平行でかつ平均線から下と上
にそれぞれに1μｍ離れた位置にピークカウント
レベルおよびを設定する。断面曲線と下方の
ピークカウントレベルとが交叉する２点間（例
えば、点Ａと点Ｂの間、点Ｂと点Ｃの間）におい
て、上方のピークカウントレベルと断面曲線と
が交叉する点（図のＸ、X₂、X₃……点）が１以
上存在する場合にこれを一つの山として１インチ
の測定長さの間にあるこの山数をPPIとする。第
３図において、仮にＡ点からＥ点までを１インチ
とすれば、この図のPPIは３である。 さて、本発明においては、ダル加工されて第１
図のような表面形状を有するロールを電解液に入
れてロールを陽極として電解処理（電解エツチン
グ）して第２図に示すようにその凹凸の数を増や
す。この処理後のPPIも、第３図に示すようにし
て前記のようにカウントする。本発明では、この
PPIで示される電解処理の後の山数をその前の山
数より３〜50％増加させるのである。 電解処理の方法は、上記のPPIの増加が得られ
るものであれば任意である。例えば、クロムめつ
きを施すのと同じ組成の液（液槽を別個にするか
否かを問わず）を用いる場合、通常温度45〜55
℃、電流密度×時間で表される積算電流として
25A／ｄm²×３分（75A／ｄm²・分）から35A／
ｄm²×８分（280A／ｄm²・分）程度の条件とな
る。しかし積算電流が250A／ｄm²・分を超える
と、ロール表面に樹枝上の結晶構造が増加して表
面光沢が低下するから、積算電流は75〜250A／
ｄm²・分の範囲を選ぶのがよい。 なお、通常のクロムめつきの下地の活性化処理
として表面の不活性層を除去するために行われる
ことのある電解エツチングは、積算電流が、
30A／ｄm²×１〜２分程度であるが、この程度の
電解処理ではPPIの増加はみとめられない。 本発明において、PPIの増加を３〜50％とする
のは、３％未満の山数の増加ではめつき皮膜の密
着性向上の効果が顕著でなく、50％を超えるとロ
ール表面の光沢が失われ、樹枝状の結晶構造が表
面に増加して、その上に施されるめつきの密着性
はかえつて低下するからである。 通常、めつきをする場合には母材の脱脂、洗浄
を行う。本発明方法の実施に際しては、電解処理
に先立つて、ダル加工後のロールを脱脂、洗浄す
るのが望ましい。しかし、この脱脂、洗浄の処理
は必須ではない。脱脂には苛性ソーダなどのアル
カリ液が使用されるが、この液が次工程の電解ま
たはめつき液に持ち込まれると液の劣化による多
くの支障を来すので、充分な水洗が必要である。
即ち、樹脂を行うためには脱脂槽と水洗槽とを設
けなければならない。従つて、もしこの脱脂、洗
浄の工程が省略できれば、設備、資材の節約と工
程の簡素化が図られる。 本発明によつて、ダル加工後に電解処理して表
面凹凸の山数を増加させる場合には、この電解処
理の前の脱脂と洗浄を省略しても、充分な密着性
をもつたクロムめつきを施すことができる。この
ことを確認するため、次のような実験を行つた。 30mmφの試験用ロール（材質：0.8％Ｃ鍛鋼）
にシヨツトブラストでPPI160のダル加工を施し
た後、脱脂−水洗を行うものと行わないものとに
分けて電解処理クロムめつきを行つた。処理液お
よび処理条件は次の第１表のとおりである。

【表】 第５図に示すように、上記によつて得た試験ロ
ールＡと、同一サイズの相手材（JIS S45C）Ｂ
を組み合わせて、面圧75Kg／mm²、回転数５×10⁴、
調圧油供給量80c.c.／分の条件で転動試験を行い試
験ロールＡの表面を観察してめつき層の剥離を調
べた。その結果を脱脂−水洗の有無と電解による
PPIの増加率とによつて整理したのが第２表であ
る。

【表】 第２表の結果から、電解処理によつてロール表
面のPPIを３％以上増加させるのならば、電解処
理の前の脱脂、水洗の工程は省略しても密着性の
よいクロムめつきができることが分かる。 電解処理は、前記のようにクロムめつき用の液
と同じ液を用いて実施できる。従つて、先ず電解
処理で表面粗度を高めておき、次に同じ液槽の中
で極性を変えて（ロールを陰極として）クロムめ
つきを行うことができる。この場合、電解処理槽
とめつき槽とを別個に設ける必要がなく、設備上
からは好ましい。しかし、電解処理が進むにつれ
て、液中にはロール表面の一部が溶出して三価の
鉄イオン（Fe³⁺）が増加する。Fe³⁺が増加した
液中でクロムめつきを行うと、電気抵抗が増して
高電圧を要したり、めつきの被覆性（つきまわ
り）が悪化し、めつき面のざらつき、光沢喪失な
どのめつき品質上の問題がでてくる。 第６図は、30mmφ×８mm幅の鍛鋼製リングを陽
極として、14のクロムめつき液（組成：クロム
酸225ｇ／、硫酸2.5ｇ／）中で30A／ｄm²の
電流密度で解したときの液中のFe³⁺の量の変化
を示したものである。電解処理の積算電流（電流
密度×通電時間）が30000A／ｄm²・分でFe³⁺は
５ｇ／になる。電解処理だけであればこのよう
にFe³⁺が増えてもさほど問題はない。しかし、
このような液でクロムめつきを行うと前記のよう
な問題が生じるので液の交換を余儀なくされる。 そこで、特にクロムめつきの効率と品質の安定
を重視する場合は、電解処理槽とめつき槽とを
別々に設置し、電解処理の後は槽を変えてめつき
を行うのがよい。この場合、電解処理用の液の方
はFe³⁺が50ｇ／程度になるまで使用が可能で
ある。 クロムめつきの条件、例えば、めつきの厚さ
は、ロールの使用条件、要求される寿命その他を
考慮して決められる。冷延鋼板の調質圧延に使用
するダルロールの場合は、およそ５〜25μｍ程度
のめつき厚にすればよい。 （作用） 本発明の電解処理により凹凸山数を増加させる
効果について、更に詳しく説明する。 一般に、例えばシヨツトブラストによつてダル
加工されたロールの表面は、第４図に模式的に示
すように三次元的に不規則であり、ピークは二次
元的に分散している。このような粗面において、
例えば電解によつて一つの断面での山数が増加す
ると、その増加の割合に比して二次元的に山数は
著しく増加する。一例として、実験用のサンプル
ロールについて、初期のPPI160を電解によつて
175に増加させた（増加率9.1％）ところ、電解処
理によつてピーク数が増加するだけでなくその分
布も均一になることが分かつた。このような粗面
化された表面は、その表面積が著しく増加してお
り、凹凸の増加によるアンカー効果と相俟つてめ
つき皮膜の密着性を大きく向上させるのである。
こうして粗面化した表面にクロムめつきを施して
もPPIは殆ど変化しない。そして、圧延に際して
は、この均一に分布した多数のピークが圧延の負
荷を均等に負担し、表面クロムめつき層の摩耗や
割れ、剥離を低減しロール寿命の著しい延長をも
たらす。 一般に、ダルロールを用いる圧延に際しては、
ロール表面のダルピーク先端において強い垂直方
向の集中荷重を受けると同時にロールの接線方
向、即ちピークに対して横向きの荷重も受けてピ
ーク先端の摩耗と破壊が生じる。しかるに、本発
明方法で製造されピーク数が著しく増大したロー
ルでは個々のピークに対する負荷の絶対値は小さ
く、従つてクロムめつき層の剥離、脱落が減少す
るのである。 第３表は、電解処理によるPPIの増加の割合と
これにクロムめつきしたロールの定性的な評価を
示したものである。この結果からも、電解処理に
よつて増加させるPPIは１〜50％の範囲が適当で
あることが明らかである。 なお、前記第２表に示したように、PPIを３％
以上増加させれば電解処理前の脱脂、水洗の工程
を省略することが可能になるから、PPIの増加を
３〜50％の範囲とするのが一層望ましい。

【表】 本発明方法によつてPPIを３〜50％増加させる
電解処理条件では、10点平均粗さRzは変化しな
いか、もしくは増加する。このRzを減少させな
いことも本発明の要点の一つである。例えば、鍛
鋼製ロールの表面をシヨツトブラストによつてダ
ル加工した後、30A／ｄm²×５分の電解処理によ
つて初期PPI160を170に増加（増加率6.25％）さ
せたところRzは初期値25μｍが25.1μｍに変化
（増加率0.4％）しただけであつた。 以下実施例によつて本発明の態様を説明する。 実施例 １ 600mmφ×1700mmの冷間調質圧延用鍛鋼ロー
ル（Hv850）の表面にシヨツトブラストによりダ
ル加工を施した。得られたロール表面の性情は、 PPI＝165、中心線平均粗さRa＝2.5μｍ、 10点平均粗さRz＝27.0μｍ、（いずれも５箇所
の平均測定値）であつた。 このロールを苛性ソーダ液で脱脂し、水洗した
後、下記の条件でロールを陽極として電解処理を
行つた。 浴組成……クロム酸：225±25ｇ／ 硫酸：2.5±１ｇ／ 浴温……50℃ 積算電流……30A／ｄm²×８分 この処理後のロール表面性情は、PPI＝180（9.1
％の増加）、Ra＝2.5μｍ（変わらず）、Rz＝27.0μ
ｍ（変わらず）であつた。 次いで、同じ液中でロールを陰極として、
30A／ｄm²×32分の条件でめつきを行い、15μｍ
のクロムめつき層を形成させた後、水洗し乾燥し
て外観に異常のないことを確認し、硬度の測定を
行つたところ、Hv1050であつた。 上記の手順に準じて、初期PPIと電解処理後の
PPIが種々異なる８種類のロールを準備し、それ
ぞれ調質圧延機に組み込んで冷延鋼板の圧延に供
し、めつき層の摩耗、剥離等によつてロール寿命
が尽きる（交換、補修が必要になる）までの圧延
量を調べた。被圧延鋼板は、JIS SPCC相当の焼
鈍材とし、圧延は、上記のロールを上下のワーク
ロールとした調質圧延（圧下率1.0％）であつた。 結果を第４表に示す。裸（クロムめつきなし）
のダルロールの圧延量180トンに対して本発明方
法によつてクロムめつきしたロールでは圧延量平
均値が2345トンとなつており、ロール寿命が約13
倍に延長されている。 第４表のNo.１から８までのどのロールにおいて
もめつきの剥離などは生じておらず、ばらつきの
少ない極めて安定した操業が可能であつた。ま
た、従来は鋼板通過部のダルの摩耗により不可能
であつた幅スケジユール圧延も可能となり、生産
量が250トン／時から300トン／時へと飛躍的に向
上した。

【表】 実施例 ２ 実施例１と同じサイズ、材質のロールをシヨツ
トブラスト加工し、PPI＝170、Ra＝2.3μｍ、Rz
＝25.0μｍのダルロールとした。これを脱脂−洗
浄することなくそのまま電解処理槽（液組成は、
クロム酸250ｇ／、硫酸2.5ｇ／）に入れて陽
極とし、液温50℃、電解密度30A／ｄm²で６分の
電解処理を行つた。この処理後のロール表面は、
PPI＝183（7.6％の増加）、Ra＝2.3μｍ（変化な
し）、Rz＝25.2（0.8％の増加）であつた。 次に、電解処理槽とは別個に設けたクロムめつ
き槽（液組成は、クロム酸230ｇ／、硫酸2.6
ｇ／）にロールを移しこれを陰極として、液温
50℃、電流密度30A／ｄm²で25分のめつきを行
い、11μｍ厚のクロムめつきを施した。 このクロムめつきロールを調質圧延機に組み込
んで、実施例１と同じように試験したところ、圧
延量は2500トンに達し、電解処理の前に脱脂−洗
浄を行つた実施例１の結果と同等であつた。 なお、この実施例では上記のように電解処理槽
とめつき槽とを別にした。その結果、電解処理液
中のFe³⁺の濃度は、第７図に示すようにロール
処理本数にほぼ比例して増加した。このように
Fe³⁺の増加した液はクロムめつき用には使えな
いから、仮にひとつの液で電解処理とめつきとを
実施するならば、ロール処理本数1000本程度で液
を取り替えなければならない。しかし、この実施
例の如く、槽を別にしておけば、電解処理は6000
本程度まで液を変えずに実施できる。一方、めつ
き液の方は殆どFe³⁺の増加はなく、液の劣化が
少ないためその使用寿命は３倍に延びた。 （発明の効果） 以上、主に冷延鋼板の圧延に使用されるダルロ
ールを例にして説明した。しかし本発明のクロム
めつきロールの製造方法は、鋼材のみならず非鉄
金属の板、その他の製品の圧延に使用するロール
の製造には勿論のこと、圧延用以外の例えば酸洗
ラインのピンチロールやブライダルロール、搬送
ラインのローラーなどの製造にも適用できる。要
するに本発明は、表面に微小な凹凸のあるダル仕
上げのロール（一般にローラーと呼ばれるものも
含めた広義のロール）に、その耐摩耗性その他の
性質を改善するためにクロムめつきを施す場合の
すべてを対象とする。そして、既述のとおり、本
発明によれば、クロムめつき槽の剥離、脱落の極
めて少ない耐久性に優れたロールが製造できる。 更には、状況に応じて母材ダルロールの脱脂、
水洗を省略することも可能であり、その場合は工
程と設備簡略化の効果も大きい。また、電解処理
とめつきとを一つの槽の同じ液で実施してもよい
し、これらを別個の槽に分けて行えば、また別の
利点も生まれる。このように、必要に応じて工程
の改変ができることも本発明の効果のひとつであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ダル加工されたロール表面部の拡大
断面模式図、第２図は、電解処理によつて粗面化
されたダルロールの表面部の拡大断面模式図、第
３図は、PPIによる粗度の評価方法を説明するた
めのロールの表面部の拡大断面模式図、第４図
は、ダルロールの表面の斜視拡大図、第５図は、
クロムめつき層の耐久性を試験する転動試験方法
を説明する略図、第６図は、ロールの電解処理に
よる液中のFe³⁺の濃度変化を示す図、第７図は、
実施例において測定した第６図と同様の図、であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 浴温度45〜55℃のクロム電気めつき浴中でダ
   ル仕上げの鍛鋼ロールを陽極とし、電流密度×時
   間で表される積算電流が75〜250A／ｄm²・分と
   なる条件で電解処理を行い、PPIで示されるロー
   ル表面の山数を電解前の山数よりも３〜50％増加
   させ、しかる後に上記ロールを陰極としてクロム
   めつきを施すことを特徴とするクロムめつきロー
   ルの製造方法。 ２ ダル仕上げの鍛鋼ロールを脱脂、洗浄するこ
   となく電解処理とクロムめつきを行う特許請求の
   範囲第１項記載のクロムめつきロールの製造方
   法。