JPH10277613A - 冷間圧延用ロール及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ぶりき用や自動車用に供される冷延鋼板、変
圧器やモータ等に用いられる電磁鋼板等の金属帯板を冷
間圧延する時、洗浄工程や連続焼鈍工程の高速通板に対
応でき、板表面の清浄度の高い金属帯板を製造する。 【解決手段】炭化タングステンを５０重量％以上８８重
量％以下含有する超合金製で、ロール直径の３％以上の
肉厚を有するスリーブを鋼製軸芯に外嵌した冷間圧延用
ロールを、金属板の圧延用のワークロールとして用い
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明はぶりき用や自動車用
に供される冷延鋼板、変圧器やモータ等に用いられる電
磁鋼板等の金属帯板を冷間圧延する冷間圧延ロール及び
その使用方法に関し、特に冷延後の板表面の清浄度を良
好にする技術に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来、ぶりき用や自動車用に向けられる
冷延鋼板は、冷間タンデムミルで圧延された後に、洗浄
工程を経てバッチ炉で焼鈍されるか又は圧延後に連続焼
鈍されて仕上げられる。また、変圧器やモータ等に用い
られる電磁鋼板は、焼鈍および冷間圧延を繰り返して製
造されるものもある。

【０００４】一般に、鋼板の冷間圧延時には、鋼板とロ
ールとの間に潤滑剤として圧延油を供給している。この
ため、圧延後の鋼板表面には、圧延油と、圧延加工時の
ロールと鋼板との摩擦によって発生した金属摩耗粉が多
量に残留している。これらを洗浄せずに次工程で焼鈍に
供すると、金属粉がそのまま又は酸化されて鋼板表面に
固着残留し、鋼板表面に油焼けや油じみ等のむらを発生
させて鋼帯の表面品質を著しく損ねる。さらに、自動車
用鋼板等のこのようなむらは、その後のメッキ工程でメ
ッキの部分剥離等を発生させて品質不良となる。従っ
て、冷間圧延後に鋼板表面を十分に洗浄する必要があ
る。

【０００５】従来より、焼鈍工程の前に、鋼板表面をア
ルカリ電解洗浄する方法があるが、圧延油や金属摩耗粉
等の残留物が多くなると、洗浄時間も長くなる。また、
冷間タンデムミルの最終スタンドで圧延油に代えて洗浄
剤および温水を噴射して鋼板表面を清浄にする方法が採
られる場合もある。しかし、近年の生産能率向上のため
の各工程における通板速度の増加により、洗浄工程の時
間短縮が求められている。そのため、洗浄が不十分とな
って鋼板表面にむらを発生させて、めっき剥離等の問題
が生じていた。

【０００６】また、冷間圧延中に摩耗粉を多量に発生さ
せると、圧延機の周辺に付着して圧延油とともに鋼板表
面に落下して、圧延後の模様として残留し、さらに、圧
延油エマルションの中にも蓄積して、エマルションを鋼
板に噴射した際にしぶき状の模様になる場合があり、ア
ルカリ電解洗浄を行っても鋼板表面の清浄性を劣化させ
問題となっていた。

【０００７】そこで、例えば、特公昭５１−６６８９号
公報には、圧延油を改良し鋼板表面の清浄度を向上させ
る技術が開示されており、また、特公平１−３３５５３
号公報には、冷間圧延の最終スタンドでカチオン性高分
子化合物と非イオン界面活性剤を含有する水溶液として
鋼板表面に噴射する洗浄圧延方法が提案されている。ま
た、特開平５−２３７５３７号公報には、循環使用する
エマルション型圧延油の鉄分量をオンライン濃度管理す
ることにより、表面清浄度を高くする技術が示されてい
る。しかしながら、これらの方法では、まだ不十分で、
鋼板表面に油焼け、油じみ、しぶき模様等のむらを発生
させていた。

【０００８】また、特開昭６０−２６１６０９号公報に
開示されるように、冷間圧延後にアルカリ電解洗浄工程
を省略したミルクリーン材の製造において、高硬度高融
点高熱伝導物質をロール表面に薄く被覆して、かつ、鋼
板を直接焼鈍しても表面清浄性に優れるミルクリーン圧
延油を用いる方法が提案されている。しかし、この方法
で鋼板を圧延した場合、高硬度高融点高熱伝導物質は脆
性物質であるため、その厚みが薄すぎて圧延中に破壊し
剥離して、圧延後の鋼板は疵だらけの表面となり製品と
ならないだけでなく、圧延そのものも不能になってい
た。また、この方法は、鋼板の清浄性について、用いる
ミルクリーン圧延油の成分を改良してミルクリーン性
（鋼板清浄性）を向上し、その結果劣ってしまう焼き付
き防止性能（潤滑性）について、高硬度高融点高熱伝導
物質をロール表面に薄く被覆することによって補うこと
を発明の作用としていた。

【０００９】

【本発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の問
題点を有利に解決し、洗浄工程や連続焼鈍工程の高速通
板に対応できて、かつ、板表面の清浄度の高い金属帯板
を製造する冷間圧延ロールを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題解決のための手段】本発明は、炭化タングステン
を５０重量％以上８８重量％以下含有する超合金製でロ
ール直径の３％以上の肉厚を有するスリーブを鋼製軸芯
に外嵌したことを特徴とする冷間圧延用ロールを提供す
るものである。また、このロールを表面清浄度を良好に
する金属板の圧延に用いることを特徴とする冷間圧延用
ロールの使用方法を提供する。

【００１１】冷間圧延後の鋼板表面の清浄度は、冷間圧
延中に圧延ロールと鋼板が接触するロールバイト内部で
発生する摩耗粉および金属石鹸が大きく影響することが
知られている。

【００１２】

【発明の実施の形態】そこで、本発明者らは、これら摩
耗粉および金属石鹸がどのように生成するかその詳細に
ついて鋭意検討した。その結果、摩耗粉は鋼板表面とロ
ール表面との微小な凝着が原因であり、摩耗粉の大部分
が鋼板表面から発生すること、その摩耗粉とともに生成
する金属イオンが圧延油の成分と反応して金属石鹸を生
成することを見出した。また、これらは圧延油とともに
クーラントに取り込まれ、クーラントの循環ととともに
再び鋼板表面に供給される。その結果、圧延後の鋼板表
面にはこれら摩耗粉および金属石鹸が多量に残留するこ
ととなり、圧延中の鋼板の変形発熱や摩耗発熱によって
これらが変質して油焼けが発生したり、その後の洗浄工
程でこれらを十分洗浄できないと、焼鈍工程で油じみの
原因となるわけである。

【００１３】さらに、摩耗粉および金属石鹸は、クーラ
ントの中で圧延油とともに凝集してスカムと称する凝集
物となる。スカムは、クーラントの循環とともに再び鋼
板表面に供給され、鋼板表面に付着すると、これを起点
としてヒートストリークが発生しやすくなることを把握
した。そこで、本発明者らは、鋼板表面の清浄度を高め
るためには、上記の摩耗粉および金属石鹸を低減する必
要があり、そのために、鋼板と圧延ロールとの凝着を防
止することが重要であるとの知見を得て本発明を完成し
たのである。

【００１４】鋼板と圧延ロールとの凝集を防止するため
に、本発明者らは、（１）鋼板と圧延ロールとの接触を
軽減すること、（２）圧延ロールの材質を鋼板と凝着し
にくいものにすることの２つの技術手段について検討し
た。 （１）鋼板と圧延ロールとの接触を軽減することについ
ては、従来より冷間圧延時には圧延油を供給して、でき
るだけロールと鋼板との間の油膜厚みを増加させて接触
を軽減しており、そのために潤滑性の高い牛脂や分子量
の大きい合成エステルを用いていたが、これだけでは、
摩耗粉の発生は回避されていないのが現状である。

【００１５】また、特開昭６０−２６１６０９号公報に
示されるように、鉱油や低分子量のエステルを用いるミ
ルクリーン性に優れる圧延油を適用した場合、摩耗粉が
増加してアルカリ電解洗浄後の鋼板の洗浄度は改善され
ない。すなわち、ミルクリーン圧延油はアルカリ電解洗
浄工程を省略するために設計された圧延油であり、圧延
油を焼鈍工程で分解されやすくするためその成分の分子
量が比較的小さいもので構成されており、その結果圧延
時にはロールと鋼板との間の油膜厚みが薄い。従って、
特開昭６０−２６１６０９号公報に開示されるように焼
付きが発生しやすく、また、油膜厚みが薄いためロール
と鋼板は接触しやすく、摩耗粉が多量に発生する。その
結果、ミルクリーン材のように表面洗浄性の要求度合い
がアルカリ電解洗浄する鋼板に比較して劣る場合は問題
なかったが、アルカリ電解洗浄して著しく良好な鋼板を
製造する場合は、ミルクリーン圧延油を適用できないわ
けである。その結果、鋼板と圧延ロールとの接触を軽減
することは技術的に限界に来ている。

【００１６】そこで、本発明者らは、（２）圧延ロール
の材質を鋼板と凝着しにくいものにすることについて圧
延ロールの材質に注目した。すなわち、従来の鋼系合金
ロールでは鋼板と凝集しやすく、摩耗粉を多量に発生さ
せてしまうが、炭化タングステン系超硬合金を用いると
摩耗粉の発生が非常に少ないことを見出した。すなわ
ち、炭化物は鉄との凝着力が著しく小さくて、かつ、炭
化タングステンの場合、他の炭化物に比較してさらに凝
着力が小さいとともに、靭性があり大きな構造体を作り
やすいためである。

【００１７】本発明の炭化タングステン系超硬合金から
なるロールは、一体ロールを用いるとコスト的にみて著
しく高価である。そこで、金属帯板の表面汚れの防止に
直接関与するロールバレル部分のみについて、炭化タン
グステン系超硬合金とする複合化を検討した。炭化タン
グステン系超硬合金の厚みを種々変化してロールを製造
し、圧延したところ、その厚みがロール半径の３％以上
であれば、炭化タングステン系超硬合金の硬度を保つこ
とができ、安定して圧延することができる。ロール半径
の３％未満の厚みでは、炭化タングステン系超合金が破
損して圧延後の鋼板は疵が多発し、さらに圧延不能にな
ることがわかった。特に、通板用のプロセスロールで実
施されているような炭化タングステン系超硬合金を溶射
する場合は、厚みが１ｍｍ未満であり、ロール半径の３
％未満でごく薄いため、プロセスロールでは通板する板
の自重程度の重さには耐えられるが、本発明の圧延ロー
ルのように金属材料を変形させて板厚を変更する著しく
大きな力が加わる場合には耐えられず、容易に剥離して
問題であることがわかった。

【００１８】本発明のロールで圧延する金属材料の種類
は特に限定しない。表面の清浄性が要求される金属であ
れば、いずれでも有利に適用できる。本発明のロールに
おいて、炭化タングステン系超硬合金は、主成分として
の炭化タングステン粉末に、コバルト、ニッケル、クロ
ム、チタン、ニッケル基合金、コバルト基合金の少なく
とも１種類以上を添加し、さらに、必要に応じて、炭化
チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、硼素、珪素等を添
加し、焼結したものである。コバルト、ニッケル等の量
や炭化物の粒度を調節することにより、特性を大幅に変
化させることができる。圧延ロールは耐圧強度を大きく
する必要があり、ニッケル、コバルトのような靭性の高
い金属あるいは合金を添加することが好ましい。しか
し、本発明者らの検討では、これらの物質の添加量を５
０％以下、すなわち、炭化タングステンの量を５０重量
％以上にする必要がある。炭化タングステンの量を５０
重量％未満にすると、ロール表面に上記の物質が多量に
現れる結果、金属材料と凝着しやすくなり、本来目指す
べき性能が得られなくなるためである。また、炭化タン
グステンの量が多すぎると、ロールの靭性が低下しロー
ルが圧延中に破損するため、８８重量％以下とする必要
がある。

【００１９】炭化タングステン系超硬合金は、各種原料
粉末を混合、成形し、焼結によりつくられるが、粗大空
隙をなくすために、焼結後に熱間静水圧プレスを行うの
が望ましい。また、ロール製造後の精度を高くするため
に、原料粉末を混合した後に、冷間静水圧プレスを行っ
て焼結すると良い。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）普通鋼熱延鋼板（板厚４．０ｍｍ）を用い
て、該鋼板を酸洗した後、５スタンド冷間タンデムミル
の第５スタンド（ワークロール径４１０ｍｍ）に、本発
明の実施例のロールをワークロールとして装着し、残り
のスタンドは従来の５％クロム鍛鋼のワークロールを適
用し、板厚１．２ｍｍまで高速圧延した。実施例のロー
ルは、コバルトを１３重量％含有し、残りが炭化タング
ステンである肉厚１３ｍｍ（ロール半径の６．３％）の
炭化タングステン系超硬合金のスリーブを、ハイス鋼を
用いた軸芯に外嵌した複合ロールである。また、圧延油
として５０℃、濃度５％、平均粒径８μｍの牛脂系圧延
油エマルションを循環給油方式で供給しつつ圧延した。

【００２１】比較例として、同種の熱延鋼板（板厚４．
０ｍｍ）を用いて、該鋼板を酸洗した後、同冷間タンデ
ムミルの第５スタンドに、外周がコバルトを５重量％含
有し、残りが炭化タングステンである肉厚５ｍｍ（ロー
ル半径の２．４％）の炭化タングステン系超硬合金で、
軸芯にハイス鋼を用いた嵌合による複合ロールをワーク
ロールとして適用し、残りのスタンドは従来の５％クロ
ム鍛鋼のワークロールを適用し、圧延油として５０℃、
濃度５％、平均粒径８μｍの牛脂系圧延エマルションを
循環給油方式で供給しつつ、板厚１．２ｍｍまで高速圧
延した。

【００２２】また、従来例として、同種の熱延鋼板（板
厚４．０ｍｍ）を用いて、該鋼板を酸洗した後、同冷間
タンデムミルの全スタンドに従来の５％クロム鍛鋼のワ
ークロールを適用し、上記と同様に１．２ｍｍまで圧延
した。冷間圧延中にロールの破損状況を観察するととも
に、冷間圧延後に、鋼板から試料を採取して、鋼板表面
に残留した摩耗粉を測定し、さらに鋼板を巻き戻して表
面を観察し、ヒートストリーク発生の有無を調べた。ま
た、これら鋼板をアルカリ電解洗浄工程を有する連続焼
鈍ラインで焼鈍した後、鋼板表面の油焼けや油じみ等の
むらの発生を観察した。なお、鋼板表面上に残留する摩
耗粉の測定は、鋼板から採取した試料である鋼板の一定
面積を溶剤を浸透させた綿で拭き取って、酸で溶解して
比色により定量化する方法（以下、比色法と称する）に
より鉄分を測定し、残留摩耗粉量とした。

【００２３】これらの結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１より、本発明例のワークロールを適用
して冷間圧延した場合には、圧延後の鋼板表面に残留す
る摩耗粉の量が著しく少なく、ロールの破損もなく、ヒ
ートストリークの発生が無く、また、連続焼鈍後の鋼板
表面に油じみ等のむらを発生することもなかった。一
方、比較例では、摩耗粉の量が少なく、ヒートストリー
クの発生もなかったが、ロールの一部が破損して欠け落
ちた結果、鋼板に大きな疵が発生していた。従来例で
は、圧延後の鋼板表面に残留する摩擦粉の量が多くて、
鋼板の圧延最終部分に軽度のヒートストリークの発生が
あり、連続焼鈍後の鋼板表面に軽度の油じみのむらを発
生させていた。 （実施例２）電磁鋼板（板厚２．６ｍｍ）を用いて、該
鋼板を酸洗した後、４スタンド冷間タンデムミルの全ス
タンド（ワークロール径３８０〜４３０ｍｍ）に、本発
明のロールである外周がニッケルを２０重量％含有し、
残りが炭化タングステンである炭化タングステン系超硬
合金で肉厚を２０ｍｍ（ロール半径の９．３〜１０．５
％）とし、軸芯に冷間ダイス鋼を用いた嵌合による複合
ロールをワークロールとして適用し、圧延油として６０
℃、濃度２％、平均粒径３μｍの合成エステル系エマル
ションを循環給油方式で供給しつつ、０．５ｍｍまで高
速圧延した。

【００２６】また、比較例として、同種の熱延鋼板（板
厚２．６ｍｍ）を用いて、該鋼板を酸洗した後、同冷間
タンデムミルの全スタンドに、外周がニッケルを８重量
％含有し、残りが炭化タングステンである炭化タングス
テン系超硬合金で肉厚を１０ｍｍ（ロール半径の４．６
％〜５．２％）とし、軸芯に冷間ダイス鋼を用いた嵌合
による複合ロールをワークロールとして適用し、上記と
同様に０．５ｍｍまで圧延した。

【００２７】さらに、従来例として、同種の熱延鋼板
（板厚２．６ｍｍ）を用いて、該鋼板を酸洗した後、同
冷間タンデムミルの全スタンドに従来のセミハイス鋼の
ワークロールを適用し、上記と同様に０．５ｍｍまで圧
延した。冷間圧延中にロールの破損状況を観察するとと
もに、冷間圧延後に、鋼板から試料を採取して、鋼板表
面に残留した摩耗粉を測定し、さらに鋼板を巻き戻して
表面を観察し、油焼けの有無を調べた。また、これら鋼
板をアルカリ電解洗浄工程を有する連続焼鈍ラインで焼
鈍した後、鋼板表面の油焼けや油じみ等のむらの発生を
観察した。なお、鋼板表面上に残留する摩耗粉の測定
は、比色法により鉄分を測定し残留摩耗粉量とした。

【００２８】これらの結果を表２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２より、本発明例のワークロールを適用
して冷間圧延した場合には、圧延後の鋼板表面に残留す
る摩耗粉の量が著しく少なく、油焼けの発生が無く、ま
た、連続焼鈍後の鋼板表面に油じみ等のむらを発生する
こともなかった。一方、比較例では、圧延後の鋼板表面
に残留する摩耗粉の量が著しく少なく、油焼けの発生が
無かったが、ロールの一部が破損して鋼板の表面に疵が
発生し、その後に破損が拡大して圧延不能に陥った。従
来例では、圧延後の鋼板表面に残留する摩耗粉の量が多
くて、鋼板の圧延最終部分に油焼けが発生し、連続焼鈍
後の鋼板表面に油じみのむらを発生させていた。 （実施例３）普通鋼熱延鋼板（板厚２．０ｍｍ）を用い
て、該鋼板を酸洗した後、６スタンド冷間タンデムミル
の第３〜第６スタンド（ワークロール径５３０〜６００
ｍｍ）に、本発明のロールである外周がコバルトを２５
重量％含有し、残りが炭化タングステンである炭化タン
グステン系超硬合金で肉厚を６０ｍｍ（ロール半径の２
０％〜２２．６％）としたスリーブに、軸芯に３％クロ
ム鍛鋼を用いた嵌合による複合ロールをワークロールと
して適用し、残りのスタンドは従来の３％クロム鍛鋼の
ワークロールを適用し、圧延油として６５℃、濃度１０
％、平均粒径２０μｍのパーム油を直接給油方式で供給
しつつ、０．２ｍｍまで高速圧延した。

【００３１】また、比較例として、同種の熱延鋼板（板
厚２．０ｍｍ）を用いて、該鋼板を酸洗した後、６スタ
ンド冷間タンデムミルの第３〜第６スタンドに、軸芯３
％クロム鍛鋼を用いて、その表面にコバルトを５重量％
含有し、残りが炭化タングステンである炭化タングステ
ン系超硬合金を肉厚が０．３ｍｍ（ロール半径の０．１
％〜０．１１％）になるまで溶射してワークロールとし
て適用し、残りのスタンドは従来の３％クロム鍛鋼のワ
−クロールを適用し、上記と同様に０．２ｍｍまで圧延
した。

【００３２】さらに、従来例として、同種の熱延鋼板
（板厚２．０ｍｍ）を用いて、該鋼板を酸洗した後に、
同冷間タンデムミルの全スタンドに従来の３％クロム鍛
鋼のワークロールを適用し、上記と同様に０．２ｍｍま
で圧延した。冷間圧延中にロールの破損状況を観察する
とともに、冷間圧延後に、鋼板から試料を採取して、鋼
板表面に残留した摩耗粉を測定し、さらに鋼板を巻き戻
して表面を観察し、ヒートストリーク発生の有無を調べ
た。また、これら鋼板をアルカリ電解洗浄工程を有する
連続焼鈍ラインで焼鈍した後、鋼板表面の油焼けや油じ
み等のむらの発生を観察した。なお、鋼板表面上に残留
する摩耗粉の測定は、比色法により鉄分を測定し残留摩
耗粉量とした。

【００３３】これらの結果を表３に示す。

【００３４】

【表３】

【００３５】表３より本発明例のワークロールを適用し
て冷間圧延した場合には、圧延後の鋼板表面に残留する
摩耗粉の量が著しく少なく、ヒートストリークの発生が
無く、また、連続焼鈍後の鋼板表面に油じみ等のむらを
発生することもなかった。一方、比較例では、表面に残
留する摩耗粉の量が著しく少なく、ヒートストリークの
発生は無かったが、圧延中にロール表面に溶射した超硬
合金が大部分剥離して、ロール表面に鋼の芯材が現れた
結果、圧延後の鋼板表面に残留する摩耗粉の量が多く
て、ヒートストリークが発生し、鋼板表面は疵が多発し
た。従来例では、圧延後の鋼板表面に残留する摩耗粉の
量が多くて、鋼板の圧延最終部分に微小のヒートストリ
ークの発生があり、連続焼鈍後の鋼板表面に軽度の油じ
みのむらを発生させていた。

【００３６】

【発明の効果】以上のとおり、本発明のロールを用いて
冷間圧延すると、鋼帯表面の清浄性を著しく向上でき
て、従来より良好な鋼帯製品を製造することが可能とな
った。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 狩野 裕隆 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 伊里 正人 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 福原 明彦 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化タングステンを５０重量％以上８８
   重量％以下含有する超合金製でロール半径の３％以上の
   肉厚を有するスリーブを鋼製軸芯に外嵌したことを特徴
   とする冷間圧延用ロール。
2. 【請求項２】 請求項１記載のロールを表面清浄度を良
   好にする金属板の圧延に用いることを特徴とする冷間圧
   延用ロールの使用方法。