JPH10175016A - 加熱された金属条の巻取方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻出工程で擦り疵が発生しない、加熱された
金属条の巻取方法を提供する。 【解決手段】 加熱された金属条をコイル状に巻取る方
法において、コイル外周部の巻取温度をコイル内周部の
巻取温度より高くする。 【効果】 巻出時に擦り疵が発生し易いコイル外周部の
巻取温度を内周部の巻取温度より高くして冷却時の外周
部の熱収縮量を大きくするので、外周部のラップ間の接
触がタイトになる。従って巻出張力の減衰が大きくな
り、そのためラップ間の辷りが小さくなり、擦れ疵の発
生が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延後または
連続焼鈍後の加熱されたアルミニウムなどの金属条をコ
イル状に巻取る方法に係り、巻取ったコイルから前記金
属条を巻出すときに擦り疵が発生しないように巻取る方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムなどの金属材料は、通常、
鋳造スラブを熱間圧延して、コイル状に巻取り、さらに
必要に応じて、冷間圧延、焼鈍、精製などの工程を経て
製造され、条或いは板として出荷される。このような製
造工程では、材料の多くはコイル状態で取扱われるた
め、積層状にコイルに巻取られた金属条が互いに辷り、
摩擦し、しばしば擦り疵が発生する。この擦り疵は製品
の外観の美麗さばかりか、製品の機能を損なう重大な品
質欠陥となり、製造歩留を低下させると同時に、この欠
陥除去のために多くの工数を要し、生産性を阻害する原
因になっている。このような擦り疵は、全ての金属材料
にとって重大な表面欠陥の一つである。特に、アルミニ
ウムおよびアルミニウム合金材料（以下、単にアルミニ
ウム材料と言う）においては、近年、缶用材料、箔用材
料、印刷（ＰＳ版）用材料の一層の薄肉化とコイル重量
の増加、製造ロットの大型化が急速に進行してきた。こ
れらの用途においては、材料製造中に発生する表面疵
は、たとえ非常に微細な疵であっても、最終製品の機能
にとって致命的な欠陥となり、その製造工程における製
品歩留まりおよび生産性にも著しい影響を及ぼす。例え
ば、高精度の印刷品質が要求されるＰＳ版支持体用材
料、厚さ４〜５μｍの極薄箔に圧延される箔用材料など
においては、大きさが 0.1mm程度の微小な擦り疵であっ
ても許容され得ない欠陥となる。なお、これらの微小疵
の検査の合否判定は、特に訓練された特定の熟練者によ
って行われている。勿論、鉄鋼材料においてもコイルに
発生する擦り疵の発生防止は大きな技術課題であり、そ
の防止法の具体例が、例えば、特開平７−１２４６２１
号に開示されている。しかし、アルミニウム材料は、鉄
鋼材料に比して、軟らかく、疵つき易く、ヤング率が低
いため、コイル巻取張力の制御方法が困難であり、さら
に熱膨張率および熱伝導率が大きいため、アルミニウム
材料のコイル内における材料の挙動も異なる。従って、
上記の微小疵に対しては、従来の技術による擦り疵発生
防止方法のみでは対応し切れなくなってきた。

【０００３】前記擦り疵を抑制する方法としては、コ
イル側端部を溶接して、積層状にコイルに巻取られた材
料間（ラップ間）の辷りを抑える方法、コイル側端部
から潤滑剤を供給してラップ間の擦れを和らげる方法、
巻出張力を低くしてラップ間の辷りを小さくする方法
などが提案されているが、いずれも微小辷りによる擦り
疵の防止には十分な効果が得られない。すなわち、の
方法はラップ間の摩擦が小さい状態で高張力を加えて巻
出すとき起きる大きな辷りに対しては有効であるが、高
温で巻取ったタイトなコイルから低張力で巻出すときの
微小辷りによる擦り疵には十分な効果が得られない。
の潤滑剤を供給する方法では、ラップ間隙の微小な変化
により、潤滑剤を材料表面に一様に塗布することが困難
で、潤滑剤が斑状に塗布される結果、潤滑剤の塗布が過
少となった部分では強度の疵が発生し易いという問題が
ある。またコイル巻取り直前に材料全面に潤滑剤を供給
する方法では、材料が高温のため潤滑剤が変質したり、
焼付いたりして、材料の表面が汚染される。さらに、こ
の方法は潤滑剤による下工程での悪影響を配慮する必要
から潤滑剤の種類および適用範囲が限定される。の巻
出張力を低減する方法では、擦れ疵が発生しない程度ま
で巻出張力を低くすると、材料が蛇行し振動して平坦度
が低下し易くなる。巻出張力の不足は、ブライダルロー
ルやピンチロールなどを付加して補うことも可能である
が、材料に接触するロール数が増加し、設備のライン長
が長くなるため、表面疵が発生する危険性が高くなると
同時に、多額の設備費を要し経済的でない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、熱間圧
延或いは焼鈍などによって加熱された金属条をコイルに
巻取り、さらに続く次の工程で、コイルをペイオフリー
ルから巻出す際にコイル外周部の材料表面に微小な擦り
疵が多く発生する傾向があることを認め、さらに詳細に
調査した結果、擦り疵はコイルの外周部が巻出されると
き、順次巻出しの進行中に最外周部となる部分でのみ発
生することを見出した。従って、コイル巻出し中に最外
周となる部分において生じるラップ辷りが擦り疵発生の
原因となるものと考えられる。コイル巻出し時に最外周
部となる部分の辷りの発生を抑えるためには、巻出し張
力を低くして疵が発生する部分の辷りの発生を抑える
か、或いは辷りが発生する部分で巻出し張力の影響が作
用しないよう巻出張力を減衰させる方法が挙げられる。
しかし、前者は、既述の通り、材料に接触するロール数
が増加するため、表面品質が低下しまた多額の設備費を
要する。

【０００５】後者の方法は、巻出張力自体は変更するこ
となく、巻出張力を減衰させる方法で、この方法には
(a)ラップ間に接着剤や粘着剤を塗布してラップ間の摩
擦係数を大きくする方法、 (b)コイル外周部からのラッ
プ間の押付力を強化する方法が考えられる。しかし (a)
の方法では薬剤に起因する焼付や薬剤によるコストアッ
プが問題になり、 (b)の方法では押付設備に費用が掛か
り、また接触ロール増による品質悪化が懸念される。従
っていずれも実用性に劣る。本発明は、熱間圧延後また
は連続焼鈍後の加熱された金属条を巻取ったコイルか
ら、金属条を巻出すときの擦り疵の発生を抑制した巻取
方法を低コストで提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題解決のため、金属条における微小な辷り疵の発生状況
について詳細に調査し、その発生機構について検討を加
え、コイル巻出し時に発生する擦り疵の防止法について
鋭意研究を行い、本発明を完成するに至った。

【０００７】請求項１記載の発明は、加熱された金属条
をコイル状に巻取る方法において、コイル外周部の該金
属条の巻取温度をコイル内周部の巻取温度より高くする
ことを特徴とする加熱された金属条の巻取方法である。

【０００８】請求項２記載の発明は、巻取温度を高くす
るコイル外周部がコイル外径 1.5ｍ以上のコイル外周部
であることを特徴とする請求項１記載の加熱された金属
条の巻取方法である。

【０００９】請求項３記載の発明は、コイル外周部とコ
イル内周部の巻取温度差を10〜50℃にすることを特徴と
する請求項１または２に記載の加熱された金属条の巻取
方法である。

【００１０】請求項４記載の発明は、コイル外周部の温
度がコイル外周に向けて漸増することを特徴とする請求
項１、２、３のいずれかに記載の加熱された金属条の巻
取方法である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、熱間圧延或いは焼鈍の
後の加熱された金属条を巻取る際に、巻取られたコイル
の外周部の材料温度が内周部の材料温度より高くなるよ
うに巻取温度を制御することにより、該コイルを次工程
で巻出すとき、コイル外周部の材料に発生し易い擦り疵
の発生を防止するものである。

【００１２】本発明では、加熱されたコイルを巻取る際
にコイル内周部となる巻始めの材料温度を低くし、コイ
ル外周部となる巻終わり部分の材料温度を高くすること
により、このコイルが冷却されると、コイル外周部の材
料の熱収縮量が大きくなり、コイル外周部ほど、コイル
の巻状態はタイトなものとなる。巻出し中の材料は、コ
イルの外周に沿ってコイル外周部の材料と接触しつつ、
巻出張力の負荷により、材料に歪みが発生し、この歪み
の発生により巻出し中の材料とコイル最外周部の材料間
に辷りが生じ、擦り疵が発生する。コイルの巻がタイト
であるほど、また、巻出し中の材料とコイル最外周部の
材料の摩擦が大きく作用するほど、巻出張力の減衰が大
きくなり、巻出張力の影響は小さくなる。この巻出張力
の減衰はコイル外周部ではコイルの巻径が大きいため小
さく、コイル内周部ではコイルの巻径が小さいため大き
くなる。従って、コイル外周部では、巻取張力の影響を
大きく受けることになり、内周部に比して擦り疵が発生
し易い。従って、加熱された金属条を巻取る際のコイル
の外周部と内周部の温度差は、擦り疵の発生防止のみを
考慮するならば、大きくても差し支えなく、寧ろ、温度
差は大きいほど、コイルの巻状態はタイトになり好まし
い。

【００１３】しかし、この温度差を過大に設けると、材
料の金属組織が不均一になり、強度、材料の各種加工性
が不安定になる。用途によっては必要な品質を満たし得
なくなる場合がある。この危険を避けるため温度差は50
℃以下とし、好ましくは、30℃以下とする。また、温度
差が10℃未満では、温度差を設ける効果が十分に得られ
ない。従って、材料の品質上の制約がある場合は、温度
差を10〜50℃とする。また、同様に、温度差を設ける部
分を少なくして、材料の品質への影響を少なくするため
には、通常、巻取りコイル外径が 1.5ｍ以上のコイル外
周部分で温度差を設ける。これは巻取りコイル外径 1.5
ｍ未満の部分では巻取径が小さくなり、巻取張力の減衰
が大きく疵発生の危険性が小さくなるためである。温度
差を設けるコイル外周部分は、２ｍを超える大型コイル
の場合は、コイル外径 1.7ｍ以上とするなど、コイルの
大きさに応じて適宜決定される。

【００１４】加熱された金属条の巻取の例として、アル
ミニウム材料の熱間圧延の場合について述べる。アルミ
ニウム合金の熱間圧延の概要を図１に示す。加熱炉（図
示しない）から搬送されたスラブ20は、粗圧延機11で粗
圧延板21に圧延され、次いで仕上圧延機12で金属条22に
熱間圧延されたのち、巻取りリール13にコイル状に巻取
られる。両圧延機11,12 間には粗圧延板21を温度調整す
るための冷却ゾーン14が設けられ、また仕上圧延機12と
巻取りリール13間には金属条22の温度を計測する温度計
15が配置される。

【００１５】前記の従来法による熱間圧延方法で製出さ
れる金属条の長さ方向の温度分布を図６に示す。この場
合の温度分布は、巻取後のコイルのコイル内周部となる
巻取開始時の材料温度は低く、巻取が進むに従って、温
度は一旦上昇したのち、徐々に低下し巻取終了時に急激
に低下している。巻取開始期と終了期の温度低下は、ス
ラブ20または粗圧延材21は両端部が冷却し易いためであ
り、途中、金属条の温度が徐々に低下するのはスラブ20
や粗圧延材21は後半の方が前半より圧延機に入るまでの
待機時間が長く温度がより低下するためである。近年、
熱間圧延材の金属組織を均一にするため、圧延中または
圧延後の金属条の温度を一定にする対策が採られてい
る。この場合の金属条の温度分布は、図７に示すよう
に、巻取開始期と終了期で温度低下している以外は、ほ
ぼ同一温度になっている。これに対し、本発明での金属
条の温度分布は、図２、３に示すように、コイルの外周
部の温度が内周部の温度より高いものである。

【００１６】本発明において、加熱された金属条の巻取
時の温度分布は、巻取コイルの外周部と内周部の温度差
が10〜50℃となるよう、また、温度差を設ける部分は、
金属条に必要な特性の変動の許容度により、巻取コイル
の径や条の長さなどに応じて決める。例えば、コイルの
外周部と内周部の温度差は、金属条の種類（熱膨張係
数、表面硬度）や表面状態（油分の付着）、コイル径、
次工程での巻出張力などに応じ、適宜、実験結果などを
基にして決められる。具体的には、軟質アルミニウムの
熱間圧延条を巻取る場合、本発明の効果を明瞭に得るた
めには、少なくともコイル外周部の肉厚 100mm部分にお
いて、従来の温度制御での変動の範囲を超える10℃程度
以上の温度差をつける必要がある。ただし50℃を超える
と得られる製品の性能に影響する場合がある。このよう
に熱間圧延や焼鈍後の巻取温度の上下限値は、得られる
金属製品に要求される機械的または物理的性質を満足す
るように設定することも肝要である。巻取温度は、冷
却水の流量、冷却ゾーンの長さ、金属条の圧延機通
過速度などにより制御する。本発明による擦り疵の抑制
効果は、特に、アルミニウムなどの表面が軟質で擦り疵
が付き易く、しかも熱膨張率の大きな金属条において発
揮される。

【００１７】以下に、図６（従来例）または図２（本発
明例）の温度分布を与えて巻取ったコイルを巻出すとき
のコイル最外周部の金属条の長手方向に発生する歪みを
測定した結果について述べる。歪みの測定は、図４に示
すように、巻出しコイル23の外周面24に歪みゲージ16を
貼付け、巻出張力を負荷して巻出しを行いつつ、条の長
手方向の歪み量を測定した。なお、図４中の17はペイオ
フリールである。

【００１８】図５はコイル周方向の歪み分布の説明図で
ある。以下図４の曲線Ｂを参照しつつ説明する。コイル
の巻出しを行って歪みゲージがａ点に達したとき金属条
の長手方向の歪みが観測され始め、ｃ点に達するまで歪
み量は次第に増加し、巻出す金属条がコイルの外周から
離れるｃ点に達したとき、巻出張力の負荷に対応する歪
み量ε₀ が測定される。巻出した金属条がコイルから離
れる位置を基準にＵ₀とし、距離Ｌの間で金属条はコイ
ル最外周部との接触による摩擦により、条長手方向の巻
出し力は次第に減衰し、Ｕ_z の位置で巻出し張力による
歪みの発生は零となる。従って、コイルのラップ部分Ｌ
で発生する全歪み量ＳはＵ₀ からＵ_z ま Ｓと距離Ｌ間の巻出される金属条とコイル最外周面との
摩擦力に依存し、これらが大きくなるほど擦り疵の発生
は多くなる。

【００１９】図４の曲線Ａは図６に示した従来の温度分
布を持つ金属条を巻取ったコイルを巻出すときの歪みの
発生状況を示すもので、本発明の曲線Ｂに比して、巻出
される金属条のコイル接触部で発生する歪みの減衰は大
きく、減衰域の範囲もＬ_A とＬ_B の比較から明らかなよ
うに狭くなっている。

【００２０】このように、本発明では、コイル外周部の
巻取温度をコイル内周部の巻取温度より高くするので、
コイルの冷却に伴う熱収縮量は外周部の方が内周部より
大きく、従って冷却後のコイル外周部のラップ間はタイ
トになって、コイル外周部において巻出張力の減衰が大
きくなり、その結果最外周部のラップ間での辷り量が小
さくなり擦り疵の発生が抑えられる。これに対し、従来
の巻取方法では、コイル外周部の巻取温度が内周部の巻
取温度に較べて低いか、内周部の方が高い。このためコ
イル冷却に伴う熱収縮量は内周部より外周部の方が小さ
く、従って外周部のラップ間がルーズになって巻出張力
の減衰が小さくなり、その結果外周部でのラップ間の辷
りが大きくなり擦り疵が発生し易くなる。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明を実施例により詳細に説明す
る。図１に示した工程に従って、表１に示す厚さ 500mm
のアルミニウム材料の鋳塊を用い、巻取り後のコイル外
径が2.00ｍとなるよう、それぞれのアルミニウム材料の
条の熱間圧延を行った。巻取り時の各々の条の温度分布
は、表１に示す条件で行いコイルに巻取った。各コイル
の巻取温度のパターンはそれぞれの図番に示すパターン
に従った。即ち、図２とあるのは、全長にわたって温度
勾配を設けたもので、図３とあるのは、コイルの最大外
径2.00ｍと表１の温度差設定域の項に示したコイル径の
間の材料に温度差を設け、このコイル径以下の内周部分
は外周巻取り温度から内・外周の温度差ΔＴを減じた一
定温度で巻取った。これらの巻取ったこれらのコイルに
巻出し張力20Ｎ／mm² を加えて巻出しを行い、巻出され
たコイルに発生した擦り疵の数を測定した。擦り疵は疵
の幅、深さに係わらず、疵長さ 0.2mm以上の疵の個数を
求めた。結果を表１に示す。表１には巻取られる金属条
の温度分布、金属条の材種、金属条の厚さ、外周部の巻
取温度、外周部と内周部の温度差、温度差設定域、巻出
張力の減衰の大小を併記した。

【００２２】

【表１】 (注)#外周部温度−内周部温度、* 巻出張力の減衰、♭100cm²当たりの疵個数。

【００２３】表１より明らかなように、本発明例のNo.1
〜10はいずれも擦り疵が認められないか、あっても少数
で極めて容易に除去できた。これに対し、比較例のNo.1
1,12はコイル外周部の巻取温度がコイル内周部より低か
ったため、またNo.13,14はコイルの巻取温度が内外周部
とも同じ温度だったためコイル外周部のラップ間の接触
がルーズになり、いずれも擦り疵が多数発生した。

【００２４】以上、熱間圧延後のアルミニウム材料の条
を巻取る場合について説明したが、他の比較的軟質の金
属条の巻取りに適用しても、また焼鈍後の金属条に適用
しても同様の効果が得られる。また金属条の厚さ、コイ
ル径は特に限定されない。

【００２５】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明では、熱間
圧延後または焼鈍後の加熱された金属条をコイルに巻取
る際、巻出時に擦り疵が発生し易いコイル外周部の巻取
温度を内周部の巻取温度より高くして冷却時の外周部の
熱収縮量を大きくするので、外周部のラップ間の接触が
タイトになる。従って巻出張力の減衰が大きくなり、そ
のためラップ間の辷りが小さくなり、擦れ疵の発生が抑
制される。また本発明ではブライダルロールなどの巻出
張力補助設備を用いないので、低コスト、省スペースで
あり、接触ロール増加による品質悪化も生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱間圧延の概要を示す工程説明図である。

【図２】本発明における巻取られる金属条の温度分布の
形態を示す説明図である。

【図３】本発明における巻取られる金属条の温度分布の
他の形態を示す説明図である。

【図４】コイル最外周部に発生する周方向の歪みの測定
方法の説明図である。

【図５】コイル周方向の歪み分布の説明図である。

【図６】従来の巻取られる金属条の温度分布を示す説明
図である。

【図７】従来の巻取られる金属条の温度分布を示す説明
図である。

【符号の説明】

11 粗圧延機 12 仕上圧延機 13 巻取りリール 14 冷却ゾーン 15 温度計 16 歪みゲージ 17 ペイオフリール 20 スラブ 21 粗圧延板 22 金属条 23 巻出しコイル 24 巻出しコイルの外周面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱された金属条をコイル状に巻取る方
   法において、コイル外周部の該金属条の巻取温度をコイ
   ル内周部の巻取温度より高くすることを特徴とする加熱
   された金属条の巻取方法。
2. 【請求項２】 巻取温度を高くするコイル外周部がコイ
   ル外径 1.5ｍ以上のコイル外周部であることを特徴とす
   る請求項１記載の加熱された金属条の巻取方法。
3. 【請求項３】 コイル外周部とコイル内周部の巻取温度
   差を10〜50℃にすることを特徴とする請求項１または２
   に記載の加熱された金属条の巻取方法。
4. 【請求項４】 コイル外周部の温度がコイル外周に向け
   て漸増することを特徴とする請求項１、２、３のいずれ
   かに記載の加熱された金属条の巻取方法。