WO2020121657A1 - 圧延用ワークロールおよびこれを備えた圧延機ならびに圧延方法 - Google Patents

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拓郎 矢▲崎▼
木島　秀夫
三宅　勝
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Definitions

  • the present invention relates to a work roll for rolling for rolling a high-strength steel strip, a rolling mill provided with the work roll, and a rolling method.
  • a temper rolling mill that applies a light reduction of, for example, a reduction rate of 1% or less to a steel strip.
  • the steel strip is uniformly stretched by a temper rolling mill and its shape is corrected to obtain a predetermined flatness.
  • temper rolling improves mechanical properties such as elongation at yield, tensile strength and elongation, and properties of steel strip such as surface roughness.
  • high-strength steel sheet having a tensile strength of 980 MPa or more, a very high rolling load is required to secure the elongation required for shape correction.
  • Patent Document 1 discloses a method of performing temper rolling with the surface average roughness Ra of a work roll used in temper rolling being in the range of 3.0 to 10.0 ⁇ m.
  • Patent Document 2 discloses a method of using, as a roll material, a cemented carbide composed of tungsten carbide (WC) and cobalt (Co) having a Young's modulus of 500 GPa or more in the surface layer portion.
  • Patent Document 3 discloses a method of temper rolling with a roll having a roll surface Young's modulus of 450 GPa or more and a surface roughness Ra of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the surface of the work roll for rolling described in Patent Documents 1 to 3 described above has a predetermined arithmetic average roughness due to the dull processing.
  • a shot blasting method, an electric discharge dull machining method, or the like as described in Patent Document 1.
  • problems such as a decrease in surface roughness due to wear or progress of cracks may occur.
  • repair or replacement work is required, and there is a problem that stable operation of rolling work is difficult.
  • the present invention has the following configurations in order to solve these problems.
  • a work roll for rolling characterized in that [2] The work roll for rolling according to [1], wherein the uneven layer is formed by depositing granular chromium by chromium plating.
  • a temper rolling mill comprising one or more stands equipped with the work roll according to [1] or [2].
  • a temper rolling method comprising performing temper rolling with an elongation percentage of 0.2% or more by using one or more temper rolling machines equipped with the work roll for rolling according to [3].
  • the work roll for rolling As described above, according to the work roll for rolling, the rolling mill provided with the work roll, and the rolling method, the work roll for rolling having the arithmetic average roughness in the range of 2.0 to 10.0 ⁇ m is formed on the outer peripheral surface of the body.
  • the work roll for rolling having the arithmetic average roughness in the range of 2.0 to 10.0 ⁇ m is formed on the outer peripheral surface of the body.
  • a concavo-convex layer made of granular chrome it is possible to suppress the occurrence of work roll defects such as a decrease in surface roughness due to wear or the development of cracks even if the rolling distance advances, and a stable operation of rolling work is performed. It can be performed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a preferred embodiment of a rolling mill 10 using the work roll for rolling of the present invention.
  • the rolling mill 10 of FIG. 1 performs temper rolling of a wide steel strip having a tensile strength of 980 MPa or more, for example.
  • the temper rolling mill 10 has a pair of rolling work rolls 2 and a backup roll 3 that supports each rolling work roll 2.
  • the pay-off reel 5 is arranged in the front stage of the temper rolling mill 10, and the tension reel 6 is arranged in the rear stage of the temper rolling mill 10.
  • a bridle roll may be arranged before or after the temper rolling mill 10.
  • the work roll 2 for rolling has a structure in which a body 2x made of cemented carbide is fixed to a shaft material, for example.
  • the body portion 2x is made of a cemented carbide having a Young's modulus of 450 GPa or more, for example, tungsten carbide (WC) is 86% by mass% and the balance is a cemented carbide.
  • WC tungsten carbide
  • the rolling work roll 2 is deformed into a flat shape and the rolling work roll 2 and the steel strip 1 come into contact with each other in the roll bite. It is possible to prevent the arc length from increasing and prevent an excessive rolling load from being applied to the work roll 2 for rolling.
  • An uneven layer 2y made of granular Cr is formed on a portion of the body 2x corresponding to the roll barrel surface.
  • the concavo-convex layer 2y is formed with concavities and convexities including a surface morphology formed by depositing granular chromium by chrome plating, and has an arithmetic average roughness (hereinafter referred to as "surface roughness") Ra of 2. It is formed in the range of 0 to 10.0 ⁇ m.
  • the uneven layer 2y may be formed on at least the roll barrel surface of the body 2x, and may be formed on the entire outer peripheral surface of the body 2x.
  • the surface roughness Ra of the work roll 2 for rolling is preferably 3.0 ⁇ m or more.
  • the surface roughness Ra of the work roll 2 for rolling is preferably 3.0 ⁇ m or more.
  • the surface roughness Ra of the uneven layer 2y is more than 4.0 ⁇ m.
  • the surface roughness Ra of the uneven layer 2y is larger than 10.0 ⁇ m, it is industrially very difficult to stably perform the work for increasing the surface roughness on the work roll 2 for rolling. It is also undesirable from the viewpoint of roll life. Therefore, the surface roughness Ra of the work roll is preferably 10.0 ⁇ m or less.
  • the concavo-convex layer 2y is formed of granular Cr having chromium deposited by chromium plating.
  • First, in order to improve the adhesion between the surface of the body 2x and the chrome plating as a pretreatment for the chrome plating, after the surface of the body 2x is polished to have a surface roughness Ra 0.2 ⁇ m, for example. Further, the surface roughness Ra is 0.8 ⁇ m by sandblasting or the like. After that, the surface of the body 2x is cleaned and chromium plated.
  • the plating bath temperature is lowered to 50° C. or lower, and the chromium plating is performed under the condition of high current density of 60 A/dm 2 or higher.
  • the grain size of Cr crystal grains deposited on the surface of the body portion 2x can be increased. That is, in the hard chrome plating used industrially, the form and hardness of deposited Cr vary depending on the electroplating conditions (plating bath temperature, current density, plating time).
  • widely used bright plating is processed under conditions of a plating bath temperature of 50 to 60° C. and a current density of 40 to 60 A/dm 2 in order to smooth the surface.
  • the plating bath temperature is lowered to 50° C. or lower and the high current density condition of 60 A/dm 2 or higher is set. In this way, the deposited chromium is made to be granular.
  • FIG. 2 is an enlarged surface photograph showing an example of the uneven layer of the work roll for rolling in the temper rolling mill of FIG. 1.
  • Chromium plating conditions for the concavo-convex layer 2y in FIG. 2 are as follows: a plating solution containing chromic acid (CrO 3 ) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) is used, a plating bath temperature is 37° C., a current density is 120 A/dm 2 , and plating is performed. The time was set to 150 min. Then, by depositing Cr, a granular uneven layer 2y was formed on the surface of the body 2x. When the surface roughness Ra at this time was measured by a contact type roughness meter, the surface roughness Ra was 3.9 ⁇ m. Further, no cracks or the like were generated on the uneven layer 2y.
  • the surface roughness Ra of the uneven layer 2y is controlled by the plating time.
  • FIG. 3 shows changes in the surface roughness Ra after plating when only the plating time is changed under the plating conditions of FIG.
  • the surface roughness Ra increases as the plating time increases, and can be controlled to a desired surface roughness Ra by changing the plating conditions.
  • the average grain size of Cr deposited by chrome plating on the roll surface is 50 ⁇ m or more. This is for effectively exerting the extension effect due to the depression and depression on the surface of the steel sheet.
  • the average grain size of Cr By increasing the average grain size of Cr, the interval between the adjacent irregularities can be increased, and the interference between the adjacent irregularities when piercing the surface of the steel sheet and causing plastic deformation can be reduced.
  • the four types of work rolls shown in Table 1 were used as work rolls, the roll reduction position was changed, and the relationship between the elongation measured from the change in strip length before and after rolling and the rolling load during rolling was investigated.
  • Conventional Example 2 (No. 3) uses tungsten carbide (WC) as a material of the body portion 2x in an amount of 86% by mass% and the balance is made of a cemented carbide and has a Young's modulus of 503 GPa. ..
  • Example 1 No. 4
  • Example 2 No. 3
  • Example 2 No. 3
  • Example 3 the same cemented carbide as in Conventional Example 2 (No. 3) was used as the material of the body 2x, and the surface of the body 2x was dulled by chrome plating to obtain a surface roughness.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between elongation rate and width load in Conventional Examples 1 and 2, Comparative Example 1 and Example 1. As shown in FIG. 4, comparing the width loads of Comparative Example 1 (No. 1) in which the roll material is 2% Cr steel and Conventional Example 1 (No. 2), the width load for the same elongation is surface roughness. It is understood that the larger conventional example 1 (No. 2) has a smaller size, and the stretching effect by pushing the convex portion of the surface of the work roll for rolling into the steel plate surface is obtained.
  • Example 2 (No. 3) in which the material of the body 2x is cemented carbide, the width load for the same elongation is smaller than that in Conventional Example 1 (No. 2), and the Young's modulus of the roll is It can be seen that the effect of suppressing the flat deformation due to the increase is obtained.
  • Example 1 No. 4
  • the load was smaller than that of Conventional Example 2 (No. 3) due to both the effect of stretching due to the indentation of the convex portion on the surface of the work roll for rolling and the effect of suppressing the flat deformation of the roll. Therefore, it can be seen that the effect of reducing the rolling load is high.
  • the elongation in temper rolling is usually in the range of 0.2 to 1.0%, and in this range, the flatness of the steel strip becomes better as the elongation increases.
  • the elongation percentage refers to the rate of change in the length of the steel strip in the longitudinal direction before and after rolling. When the elongation is 0.2% or more, even the high-strength cold-rolled steel strip can be sufficiently shaped, and the flatness of the front surface and the back surface of the steel strip can be substantially improved. Further, in order to make the rolling load applied to the work rolls and the temper rolling mill 10 equal to or lower than the withstand load of the temper rolling mill, the elongation rate applied to the steel strip is preferably 0.5% or less.
  • Comparative Example 2 uses a cemented carbide (Young's modulus 503 GPa) containing 86% by weight of tungsten carbide (WC) and the balance of cobalt as the material of the body 2x, and the surface is directly subjected to electric discharge dull machining.
  • the surface roughness Ra was finished to 3.0 ⁇ m.
  • FIG. 5 shows an enlarged photograph of the surface of the concavo-convex layer when dull machining is performed by direct electric discharge machining on the body 2x of cemented carbide as in Comparative Example 2.
  • a crack CK is formed on the surface by an impact during electric discharge machining. It is known that a crack CK occurs when a material such as a cemented carbide, which is mainly composed of brittle ceramics, is subjected to electric discharge machining.
  • Example 2 uses a cemented carbide (Young's modulus 503 GPa) containing tungsten carbide (WC) at 86% by mass and balance cobalt as the material of the body 2x, and the surface is plated with chromium.
  • Comparative Example 4 uses a cemented carbide (elastic modulus 450 GPa) containing 80% by mass of tungsten carbide (WC) and the balance of cobalt as the material of the body 2x, and discharges without chrome plating. The surface roughness Ra was finished to 4.5 ⁇ m by dull processing.
  • Example 3 as the material for the body portion 2x, a cemented carbide (containing elastic modulus 450 GPa) containing 80% by mass of tungsten carbide (WC) and the balance of cobalt was used, and the surface was roughened by chrome plating. Layer 2y was applied and the surface roughness was finished to 4.5 ⁇ m. The average grain size of the Cr deposited at this time was 60 ⁇ m.
  • Example 4 is a roll in which granular chromium was deposited on the surface of the roll by the same method as in Example 3 described above, and then the plating conditions were changed and hard chrome plating with a plating thickness of 1 ⁇ m was applied again.
  • the reason why the hard chrome plating is performed again by changing the plating conditions is as follows. When granular Cr is deposited on the surface to form irregularities under the plating conditions of low plating bath temperature (50° C. or less) and large current density (60 A/dm 2 ), the Vickers hardness of chromium plating is about 700 to 900. Become. On the other hand, when ordinary hard chrome plating is performed under conditions of a plating bath temperature of 50 to 60° C.
  • the hard chrome plating has a Vickers hardness of about 900 to 1100.
  • very hard plating was performed on the outermost surface of the work roll for rolling. This is because a film is formed and wear resistance can be further improved.
  • the thickness of the hard chrome plating again is set to 1 ⁇ m, because when the plating is performed with a thickness greater than that, the unevenness of the grain formed in the initial stage becomes small and the elongation in temper rolling This is because the effect is reduced. That is, by depositing granular chrome in the initial plating and then again performing hard chrome plating of the thin film, the hardness of the plating film surface can be increased without changing the roughness pattern formed by the granular chrome. .. For this reason, it is desirable that the thickness of the hard chrome plating again be applied within the range of 0.5 to 10 ⁇ m.
  • FIG. 6 is a graph showing changes in roll surface roughness with respect to the rolling length of the work rolls when a rolling experiment was performed using the work rolls for rolling in Table 3.
  • Comparative Example 3 in which the 2% Cr steel roll was subjected to the electric discharge dull processing, it was found that the roughness was significantly reduced as the rolling length was increased.
  • Comparative Example 4 in which the cemented carbide is made to have a high roughness by direct electric discharge dull machining, since the hardness of the cemented carbide is extremely high, the maintainability of the roll roughness with respect to the rolling length is the best.
  • cracks were generated on the roll surface, and further rolling became difficult. This is because, as described above, cracks are formed when direct electric discharge machining is performed on the cemented carbide, and the cracks propagate due to the stress applied during rolling, which makes it difficult to use in actual rolling.
  • Example 3 although the roughness decreases due to the initial wear, it can be seen that the roughness retention against the rolling length thereafter is significantly superior to Comparative Example 3. In particular, it can be seen that Example 4 in which a thin film of hard chrome plating is applied to the surface exhibits excellent roughness retention.
  • the rolling is performed by forming the concavo-convex layer 2y formed on the outer peripheral surface of the body 2x and having a surface roughness Ra in the range of 2.0 to 10.0 ⁇ m and made of granular chrome. Even if the distance advances, it is possible to reduce deterioration of the work roll such as a decrease in surface roughness Ra due to wear or the occurrence of cracks, and to perform stable temper rolling. In particular, the rolling load can be reduced only by changing the material and the surface processing method of the work roll 2 for rolling used in the temper rolling mill 10, and it is not necessary to change the equipment itself such as the roll diameter. , Its industrial value is great.
  • steel sheets produced by continuous annealing accompanied by quenching and tempering treatments have the shape (flatness) of the steel strip due to the thermal stress during the quenching treatment and the transformation stress generated along with the transformation of the metal structure. Is easy to get worse. Such a defective shape of the steel strip cannot be eliminated even by flattening the shape of the steel strip by cold rolling before annealing. Therefore, it is necessary to correct the shape of the annealed steel strip by temper rolling.
  • high-strength steel sheets with a tensile strength of 980 MPa or more are used as materials for automobile parts, and are formed into parts by pressing.
  • dull finish uneven finish
  • the dull finish of the surface of the steel strip 1 is usually controlled by dulling the surface of the work roll 2 for rolling of the temper rolling mill 10 and transferring the unevenness to the steel plate.
  • the elongation during temper rolling is controlled by the tension applied to the steel strip and the work roll reduction position.
  • a higher tension and a higher rolling load than in the past are required.
  • the deformation resistance of the steel strip itself is extremely high, and a larger rolling load is required.
  • the body 2x is made of a cemented carbide having a Young's modulus of 450 GPa or more. This makes it possible to obtain a desired linear load without increasing the roll diameter even when rolling a high-strength steel sheet having a tensile strength of 980 MPa or more.
  • the concavo-convex layer 2y is formed of granular chrome formed by chrome plating. As a result, it is possible to form the uneven layer 2y having no cracks, and it is possible to obtain Vickers hardness in which the surface is not easily worn even when repeatedly rolled. Further, when the uneven layer 2y is formed of granular chrome, since the projections of the granular chrome have a spherical shape, local stress concentration during rolling is reduced, and wear resistance is higher than that in the case of ordinary chrome plating coating. improves. As a result, it is possible to reduce the frequency of work roll repairs and replacements, and to perform stable rolling process operations.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be added.
  • the present technology illustrates the case where it is applied to an independent temper rolling mill shown in FIG. 4, it is installed inline in a continuous process line such as a continuous annealing line (CAL) or a continuous hot dip galvanizing line (CGL). It can also be applied to rolling mills.
  • CAL continuous annealing line
  • CGL continuous hot dip galvanizing line

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Abstract

【課題】高強度の鋼帯の調質圧延を行う際に、圧延距離が進んでも品質を安定させながら効率的に圧延を行うことができる圧延用ワークロールおよびこれを用いた調質圧延方法を提供すること。 【解決手段】圧延用ワークロール２は、ヤング率４５０ＧＰａ以上の超硬合金からなる胴部２ｘと、胴部２ｘ上に形成され、２．０～１０．０μｍの範囲の算術平均粗さＲａを有し、粒状のクロムからなる凹凸層２ｙと、を備える。

Description

圧延用ワークロールおよびこれを備えた圧延機ならびに圧延方法
　本発明は、高強度の鋼帯の圧延を行う圧延用ワークロールおよびこれを備えた圧延機ならびに圧延方法に関する。
　従来から、鋼帯に例えば圧下率１％以下の軽圧下を施す調質圧延機が知られている。鋼帯は調質圧延機により一様に伸ばされ、形状が矯正されて所定の平坦度を得る。さらに、調質圧延によって、降伏点伸び、引張り強さ、伸び等の機械的性質および表面粗度などの鋼帯の性状が改善される。近年、鋼帯の高付加価値化に伴って、高張力鋼に代表される硬質な鋼帯の需要が増加している。特に、引張り強度が９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板の場合、形状矯正に必要な伸び率を確保するときには、非常に高い圧延荷重が必要となる。
　そこで、従来から種々の高張力鋼板の調質圧延方法が提案されている（例えば特許文献１～３参照）。特許文献１には、調質圧延で用いるワークロールの表面平均粗さＲａを３．０～１０．０μｍの範囲として調質圧延を行う方法が開示されている。特許文献２には、ロール材料として表層部のヤング率が５００ＧＰａ以上であるタングステンカーバイド（ＷＣ）とコバルト（Ｃｏ）から成る超硬合金を用いる方法が開示されている。特許文献３には、ロール表層ヤング率が４５０ＧＰａ以上でその表面粗度がＲａで１μｍ以上１０μｍ以下のロールで調質圧延をする方法が開示されている。
特開２００８－１７３６８４号公報 特開２０１７－１１９３０３号公報 特開２０１１－１８９４０４号公報
　上述した特許文献１～３に記載された圧延用ワークロール表面は、ダル加工により所定の算術平均粗さになっている。通常、ダル加工を行う際には特許文献１に記載されているように、ショットブラスト加工方式、放電ダル加工方式等を用いることが考えられる。しかしながら、これらの方式では、圧延距離が進むにつれて、摩耗による表面粗さの低下またはクラックの進展等の不具合が生じるおそれがある。すると、圧延用ワークロールに不具合が生じると修理もしくは交換作業等が必要になり、圧延作業の安定した操業が難しいという問題がある。
　本発明は、高強度の鋼帯の調質圧延を行う際に、圧延作業の安定的な操業を行うことができる圧延用ワークロールおよびこれを備えた圧延機ならびに圧延方法を提供することを目的とする。
本発明は、これら課題を解決するために以下の構成を有する。
［１］　ヤング率４５０ＧＰａ以上の超硬合金からなる胴部と、
　前記胴部の外周面上に形成され、２．０～１０．０μｍの範囲の算術平均粗さを有し、粒状のクロムからなる凹凸層と、
　を備えたことを特徴とする圧延用ワークロール。
［２］　前記凹凸層は、クロムめっきにより粒状のクロムを析出させたものであることを特徴とする［１］に記載の圧延用ワークロール。
［３］　［１］または［２］に記載のワークロールを備えた１以上のスタンドからなる調質圧延機。
［４］　［３］に記載の圧延用ワークロールを備えた１以上の調質圧延機を用いて、伸び率０．２％以上の調質圧延を施すことを特徴とする調質圧延方法。
　以上、本発明に係る圧延用ワークロールおよびこれを備えた圧延機ならびに圧延方法によれば、胴部の外周面上に形成され、２．０～１０．０μｍの範囲の算術平均粗さを有し、粒状のクロムからなる凹凸層を有することにより、圧延距離が進んでも摩耗による表面粗さの低下、もしくはクラックの進展等のワークロールの不具合の発生を抑制し、圧延作業の安定的な操業を行うことができる。
本発明の圧延用ワークロール２を用いた圧延機１０の好ましい実施形態を示す模式図である。 図１の調質圧延機における圧延用ワークロール２の凹凸層２ｙの一例を示す表面拡大写真である。 めっき時間に対する表面粗さの変化の一例を示すグラフである。 表１における従来例１、２、比較例１及び実施例１での伸び率に対する圧延荷重の変化の一例を示すグラフである。 従来の放電ダル加工で超硬合金の表面をダル加工した場合の表面拡大写真である。 表３の圧延用ワークロールを用いて圧延実験を実施した際のワークロールの圧延長に対するロール表面粗さの変化を示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の圧延用ワークロールを用いた圧延機１０の好ましい実施形態を示す模式図である。図１の圧延機１０は、例えば引張り強度が９８０ＭＰａ以上の広幅鋼帯の調質圧延を行うものである。調質圧延機１０は、１対の圧延用ワークロール２と、各圧延用ワークロール２をそれぞれ支持するバックアップロール３を有する。調質圧延機１０の前段にはペイオフリール５が配置され、調質圧延機１０の後段にはテンションリール６が配置されている。そして、ペイオフリール５及びテンションリール６により鋼帯１に張力が掛けられながら、鋼帯１が圧延用ワークロール２によって圧下され、鋼帯１に所定の伸び率（例えば０．２～１．０％）が付与される。ただし、鋼帯１に張力を付与する手段として、調質圧延機１０の前段または後段にブライドルロールを配置してもよい。
　圧延用ワークロール２は、例えば軸材に超硬合金からなる胴部２ｘが固定された構造を有する。胴部２ｘは、ヤング率が４５０ＧＰａ以上の超硬合金からなり、例えばタングステンカーバイド（ＷＣ）が質量％で８６％、残部がコバルト（Ｃｏ）からなる超硬合金からなっている。ヤング率が４５０ＧＰａ以上であると、高強度の鋼板を調質圧延する際にも、圧延用ワークロール２が扁平状に変形してロールバイト内における圧延用ワークロール２と鋼帯１との接触弧長が大きくなることを防ぎ、圧延用ワークロール２に過大な圧延荷重がかかることを防止することができる。
　胴部２ｘのロールバレル面に相当する部位には粒状のＣｒからなる凹凸層２ｙが形成されている。凹凸層２ｙは、クロムめっきによって粒状クロムを析出させて形成される表面形態を含む凹凸が形成されたものであって、算術平均粗さ（以下、「表面粗さ」と称する）Ｒａが２．０～１０．０μｍの範囲で形成される。なお、凹凸層２ｙは、少なくとも胴部２ｘのロールバレル面に形成されていればよく、胴部２ｘの外周面全体に形成されていてもよい。
　ここで、圧下率が１．０％以下である調質圧延では、表面粗さＲａの高い圧延用ワークロール２を用いて圧延を行うと、圧延荷重は低減する。これは、圧延用ワークロール２の粗い凹凸が鋼帯の表面に転写されることにより、ワークロールの凸部の押し込みによって排除された部分が伸びとして現れる現象（伸長効果）が顕著となるためと考えられる。
　表面粗さＲａが２．０μｍ未満の場合、圧延用ワークロール２の凹凸が鋼板に突き刺さって塑性変形を生じる際に近接する凹凸が干渉してしまい、十分な伸長効果が得られない。特に、伸長効果を発揮させるためには、圧延用ワークロール２の表面粗さＲａは、３．０μｍ以上とすることが好ましい。なお、０．２％程度の低い伸び率を付与するような調質圧延条件においては、ワークロールの表面粗さＲａを４．０μｍ超とすることにより、隣接する凸部の間隔が十分大きくなり塑性変形の干渉がほとんどなくなる。よって、効果的に伸長効果を発揮させて荷重低減するためには、凹凸層２ｙの表面粗さＲａは４．０μｍ超とすることが望ましい。
　一方、凹凸層２ｙの表面粗さＲａが１０．０μｍより大きい場合、圧延用ワークロール２に対して表面粗さを大きくする加工を安定的に実施するのは工業上非常に困難であり、またロール寿命の観点からも望ましくない。そのため、ワークロールの表面粗さＲａは、１０．０μｍ以下であることが好ましい。
　この凹凸層２ｙは、クロムめっき処理によりクロムを析出させた粒状のＣｒによって形成されている。まず、クロムめっき加工の前処理として、胴部２ｘの表面とクロムめっきとの密着性を向上させる為、胴部２ｘの表面が例えば表面粗さＲａ＝０．２μｍになるように研磨された後、さらにサンドブラスト処理等により表面粗さＲａ＝０．８μｍに加工される。その後、胴部２ｘの表面の洗浄処理が行われ、クロムめっき処理が施される。
　クロムめっき処理は、例えば、めっき浴温を５０℃以下に低温化し、６０Ａ／ｄｍ２以上の高電流密度の条件でクロムめっきを行う。これにより、胴部２ｘの表面に析出するＣｒ結晶粒の粒径サイズを大きくすることができる。すなわち、工業的に使用される硬質クロムめっきは、電気めっき条件（めっき浴温度、電流密度、めっき時間）によって析出するＣｒの形態や硬度が変化する。一般的に、広く使用される光沢めっきは表面を平滑にするために、めっき浴温５０～６０℃、電流密度４０～６０Ａ／ｄｍ２程度の条件で処理される。一方、上述した凹凸層２ｙには、所定の表面粗さＲａを満たす凹凸が存在しなければならないため、めっき浴温を５０℃以下に低温化し、６０Ａ／ｄｍ２以上の高電流密度の条件にして、析出されたクロムが粒状化するようにしている。
　図２は、図１の調質圧延機における圧延用ワークロールの凹凸層の一例を示す表面拡大写真である。図２の凹凸層２ｙのクロムめっき条件は、めっき液としてクロム酸（ＣｒＯ３）と硫酸（Ｈ２ＳＯ４）からなるめっき液を用い、めっき浴温３７℃、電流密度１２０Ａ／ｄｍ２、めっき時間１５０ｍｉｎとした。そして、Ｃｒの析出によって胴部２ｘの表面に粒状の凹凸層２ｙを形成した。このときの表面粗さＲａを接触式の粗さ計で測定したところ、表面粗さＲａ＝３．９μｍであった。また、この凹凸層２ｙにクラック等の発生が無かった。
　凹凸層２ｙの表面粗さＲａは、めっき時間により制御される。図３は図２のめっき条件でめっき時間のみを変更した場合のめっき後の表面粗さＲａの変化を示したものである。めっき時間の増加に伴い、表面粗さＲａは大きくなっており、めっき条件を変更することで所望の表面粗さＲａに制御することができる。ここで、ロール表面にクロムめっきで析出させるＣｒの平均粒径は５０μｍ以上とすることが好ましい。これは、凹凸の鋼板表面への押込みによる伸長効果を効果的に作用させるためである。Ｃｒの平均粒径を大きくすることによって、隣接する凹凸の間隔を大きくすることができ、鋼板の表面に突き刺さって塑性変形を生じさせる際の近接する凹凸の干渉を低減させることができる。
＜圧延荷重に関する実験＞
　上記凹凸層２ｙを有する圧延用ワークロール２による圧延荷重の低減効果を確認する為に、圧延実験を実施した。なお、実験では供試材として、板厚０．２１５ｍｍ、板幅２０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、降伏応力１５００ＭＰａの高張力鋼板を用いた。また、調質圧延機１０として、ワークロール径φ７０ｍｍの４段式圧延機を用い、無張力での切板圧延を潤滑無しのドライ条件で実施した。これは実際の自動車用の高張力鋼板の圧延に対して、ロール径と供試材の板厚を１／７としたモデル実験である。
　ワークロールとして表１に示す４種類のワークロールを用い、ロール圧下位置を変更して、圧延前後の板長さの変化から測定した伸び率と圧延時の圧延荷重の関係を調査した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１において、比較例１（Ｎｏ．１）は、胴部２ｘの材質としてヤング率２０６ＧＰａの２％Ｃｒ鋼を用い、表面を砥石研磨で仕上げて表面粗さＲａ＝０．２μｍとしたものである。従来例１（Ｎｏ．２）は胴部２ｘの材質として２％Ｃｒ鋼を用い、表面を放電ダル加工で仕上げて表面粗さＲａ＝３．０μｍとしたものである。従来例２（Ｎｏ．３）は胴部２ｘの材質として、タングステンカーバイト（ＷＣ）を質量％で８６％含有し、残部がコバルトからなる超硬合金を用いたものでヤング率は５０３ＧＰａである。表面は、砥石研磨仕上げで表面粗さＲａ＝０．２μｍである。実施例１（Ｎｏ．４）は、胴部２ｘの材質として従来例２（Ｎｏ．３）と同様の超硬合金を用い、胴部２ｘの表面にクロムめっきによってダル加工を施し、表面粗さＲａ＝２．５μｍの凹凸層２ｙを形成したものである。
　図４は、従来例１、２、比較例１及び実施例１における伸び率と幅荷重との関係を示すグラフである。図４に示すように、ロール材質が２％Ｃｒ鋼である比較例１（Ｎｏ．１）及び従来例１（Ｎｏ．２）の幅荷重を比較すると同一の伸び率に対する幅荷重は表面粗さの大きい従来例１（Ｎｏ．２）の方が小さく、圧延用ワークロールの表面の凸部の鋼板表面への押込みによる伸長効果が得られていることが分かる。
　一方、胴部２ｘの材質を超硬合金とした従来例２（Ｎｏ．３）では従来例１（Ｎｏ．２）よりも同一の伸び率に対する幅荷重は小さくなっており、ロールのヤング率の増加による扁平変形抑制に効果が得られていることが分かる。実施例１（Ｎｏ．４）では、圧延用ワークロールの表面の凸部の押込みによる伸長効果と、ロール扁平変形抑制の両方の効果によって、従来例２（Ｎｏ．３）よりも荷重が小さくなっており、圧延荷重を低減する効果が高いことが分かる。
　なお、調質圧延での伸び率は通常０．２～１．０％程度の範囲で行われ、この範囲であれば伸び率が大きいほど鋼帯の平坦度は良好となる。なお、伸び率とは、圧延前後での鋼帯の長手方向の長さの変化の割合を言う。伸び率が０．２％以上であると、高強度冷延鋼帯であっても十分に形状矯正を施すことができ、鋼帯の表面及び裏面の平坦度を概ね良好にすることができる。また、ワークロール及び調質圧延機１０にかかる圧延荷重を、調質圧延機の耐荷重以下にするためには、鋼帯に付与する伸び率は０．５％以下とすることが好ましい。
＜連続操業実験＞
　連続操業時のロール表面の健全性を評価する為、以下に示す比較例２及び実施例２の２つの圧延用ワークロールを一定面圧で押し付けた状態で回転させる転動試験を実施した。比較例２は、胴部２ｘの材質として、タングステンカーバイト（ＷＣ）を質量％で８６％含有し、残部がコバルトからなる超硬合金（ヤング率５０３ＧＰａ）を用い、表面を直接放電ダル加工によって表面粗さＲａ＝３．０μｍに仕上げたものである。
　図５は、比較例２のように超硬合金の胴部２ｘに対して直接放電加工によってダル加工を実施した場合の凹凸層の表面の拡大写真を示したものである。図５に示すように、表面に放電加工時の衝撃によってクラックＣＫが形成されている。なお、超硬合金のように、脆性材料であるセラミックスを主成分とする材料を放電加工した場合には、クラックＣＫが発生することが知られている。
　一方、実施例２は、胴部２ｘの材質として、タングステンカーバイト（ＷＣ）を質量％で８６％含有し、残部がコバルトからなる超硬合金（ヤング率５０３ＧＰａ）を用い、表面にクロムめっきによって凹凸層２ｙを付与し、その表面粗さＲａ＝３．０μｍに仕上げたものである。
　連続操業実験として、ワークロールのロール径がφ７０ｍｍ、バレル幅が４０ｍｍの４段式圧延機を用い、このワークロールを荷重１．８ｔｏｎで押付けた状態にて、速度５０ｍｐｍの条件で回転させた。実験時のワークロールに作用する最大圧力は押圧しているワークロール間の弾性接触域で発生し、今回の条件では１０１１ＭＰａとした。これは実際の連続焼鈍ライン等で使用される調質圧延機でワークロールに作用する面圧レベルと同程度のものである。実験では転動試験の時間を変更し、各時間でのワークロールの表面を拡大顕微鏡で観察し、ワークロールの表面のクラックの有無と割れや剥離等の有無を確認した。表２に実験結果をまとめたものを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２において、放電ダル加工で所定の表面粗さＲａを付与した比較例２では、初期段階でロール表面にクラックが形成されていることが確認された（図５参照）。このクラックを有する圧延用ワークロールで圧延が行われた場合、圧延中に圧延用ワークロールに作用する応力によって転動時間の増加に伴いクラックが進展していく。その結果、転動時間３００ｍｉｎでロール表面が割れて剥離してしまった。一方、クロムめっきによってダル加工をした圧延用ワークロールでは、クラックの発生や割れ等は確認されず（＝表２でいう「健全」）、安定的にロールを使用できることが分かった。
＜連続操業実験２＞
　また、連続操業時のロール粗度の維持性を評価する為、下記表３に示す比較例３、比較例４および実施例３、実施例４の４つの圧延用ワークロールを用いて圧延実験を実施した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　比較例３は胴部２ｘの材質として弾性率２０６ＧＰａの２％Ｃｒ鋼を用い、表面を放電ダル加工で表面粗さＲａ＝４．５μｍとしたものである。比較例４は、胴部２ｘの材質として、タングステンカーバイド（ＷＣ）を質量％で８０％を含有し、残部がコバルトからなる超硬合金（弾性率４５０ＧＰａ）を用い、クロムめっきを施すことなく放電ダル加工によって表面粗さＲａ＝４．５μｍに仕上げたものである。
　一方、実施例３は、胴部２ｘの材質として、タングステンカーバイド（ＷＣ）を質量％で８０％含有し、残部がコバルトからなる超硬合金（弾性率４５０ＧＰａ）を用い、表面にクロムめっきによって凹凸層２ｙを付与し、その表面粗さを４．５μｍに仕上げたものである。このとき析出させたＣｒの平均粒径は６０μｍであった。
　実施例４は、上記の実施例３と同じ方法でロール表面に粒状のクロムを析出させた後に、めっき条件を変更して再度めっき厚１μｍの硬質クロムめっきを施したロールである。ここで、めっき条件を変更して再度硬質クロムめっきを実施したのは、下記理由による。低めっき浴温（５０℃以下）、大電流密度（６０Ａ／ｄｍ２）のめっき条件で表面に粒状のＣｒを析出させて凹凸を形成させた場合、クロムめっきのビッカース硬度は７００～９００程度になる。一方、めっき浴温５０～６０℃、電流密度４０～６０Ａ／ｄｍ２程度の条件で通常の硬質クロムめっきをした場合、硬質クロムめっきのビッカース硬度は９００～１１００程度となる。このとき、実施例３と同じ方法でロール表面に粒状のクロムを析出させ、その後めっき条件を変更して再度硬質クロムめっきを実施した場合、圧延用ワークロールの最表面には非常に硬質のめっき被膜が形成され、耐摩耗性をさらに向上させることができるためである。
　上記のように再度の硬質クロムめっきの厚みを１μｍとしたのは、それ以上のめっき厚でめっきをした場合には、初期に形成された粒状の凹凸が小さくなってしまい、調質圧延における伸長効果が低減するためである。つまり初期のめっきで粒状クロムを析出させた後に、薄膜の硬質クロムめっきを再度実施することにより、粒状クロムで形成された粗度パターンを変化させることなく、めっき被膜表面の硬度を上げることができる。なお、かかる理由から、再度の硬質クロムめっきの厚みとしては、０．５～１０μｍの範囲で付与するのが望ましい。
　そして、４段式圧延機の圧延用ワークロールとして、ロール径φ７０ｍｍ、バレル幅４０ｍｍの表３に示す４種類の圧延用ワークロールを用い、張力を付与した連続コイル圧延実験を実施した。被圧延材は板厚０．２１５ｍｍ、板幅２０ｍｍ、降伏応力１５００ＭＰａの高張力鋼板を用いた。入出側張力として１００ＭＰａを負荷した状態で、無潤滑のドライ条件で単位幅あたりの圧延荷重が０．２ｔｏｎ／ｍｍとなる条件でコイル圧延を実施した。このとき各ロールでの圧延長に対するロール表面粗さの変化を測定した。
　図６は、表３の圧延用ワークロールを用いて圧延実験を実施した際のワークロールの圧延長に対するロール表面粗さの変化を示すグラフである。図６に示すように、２％Ｃｒ鋼ロールを放電ダル加工した比較例３では圧延長の増加に伴い、粗度が大きく低下していることが分かる。超硬合金を直接放電ダル加工で高粗度化した比較例４のロールでは、超硬合金の硬度が極めて高い為、圧延長に対するロール粗度の維持性は最も優れている。しかしながら、１．６７ｋｍの圧延後にはロール表面に割れが発生しており、それ以上の圧延は困難となった。これは前述したように、超硬合金へ直接放電加工した場合にクラックが形成され、圧延時に負荷される応力によってクラックが進展した為であり、実際の圧延での使用は困難である。
　一方、本発明の実施例３、実施例４では初期摩耗で粗度は低下するものの、その後の圧延長に対する粗度維持性は比較例３より格段に優れることが分かる。特に、表面に薄膜の硬質クロムめっきを施す実施例４は優れた粗度維持性を示すことが分かる。
　上記実施形態によれば、胴部２ｘの外周面上に形成され、２．０～１０．０μｍの範囲の表面粗さＲａを有し、粒状のクロムからなる凹凸層２ｙを有することにより、圧延距離が進んでも摩耗による表面粗さＲａの低下、もしくはクラックの発生等のワークロールの劣化を低減し、安定的な調質圧延を行うことができる。特に、調質圧延機１０に使用される圧延用ワークロール２の材質と表面加工方法とを変更するのみで圧延荷重の低減が可能であり、ロール径等の設備自体の変更を行う必要がなく、その工業的価値は大きい。
　特に、高張力鋼の中でも焼入れ及び焼き戻し処理を伴う連続焼鈍により製造された鋼板は、焼入れ処理時の熱応力や金属組織の変態に伴い発生する変態応力によって、鋼帯の形状（平坦度）が悪化しやすい。このような鋼帯の形状不良は、焼鈍する前の冷間圧延で鋼帯形状を平坦化しても解消することはできない。そのため、焼鈍後の鋼帯を調質圧延により形状矯正をする必要がある。
　また、引張り強度が９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板は自動車用部品の素材として使用され、プレス加工によって部品に成形される。プレス加工時の保油性を高める為、鋼板の表面にダル仕上げ（凹凸仕上げ）が必要になる。鋼帯１の表面のダル仕上げは、通常調質圧延機１０の圧延用ワークロール２の表面をダル加工しておき、その凹凸を鋼板に転写して制御する。
　調質圧延時の伸び率は、鋼帯に付与される張力とワークロールの圧下位置とによって制御される。より大きな伸び率を得る為には、従来よりも大きな張力と高い圧延荷重とが必要になる。特に、引張り強度が９８０ＭＰａを超える高張力鋼帯の調質圧延では、鋼帯自体の変形抵抗が極めて高く、より大きな圧延荷重が必要となる。
　通常の調質圧延機は、このような高張力鋼帯の調質圧延を行うことを前提として設計されていないことが多く、高張力鋼帯の調質圧延では圧延荷重が圧延機の耐荷重を超えてしまう。ここで、調質圧延機の構造を４段式から６段式等に変更し、ワークロール径を小さくすることで、圧延荷重を低減することが考えられる。しかしながら、大幅な設備改造が必要となりコストがかかるといった問題がある。
　このように、形状矯正が必要な高張力鋼ほど、圧延負荷は増大して既設の調質圧延では対処が困難となる場合がある。そのため、次工程以降でレベラー等を用いて形状矯正しているのが実情であり、工程の追加に伴う製造コストの増大や納期の長期化が問題となる。
　そこで、圧延用ワークロール２の表面を２．０～１０．０μｍ以下の表面粗さＲａで加工することにより、圧延荷重を低減させながら、所望の圧延効果が得られるようにしている。また、胴部２ｘはヤング率４５０ＧＰａ以上の超硬合金からなっている。これにより、引張り強度が９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板の圧延を行う際にも、ロール径を大きくすることなく、所望の線荷重を得ることができる。
　一方で、上述した２．０～１０．０μｍ以下の表面粗さＲａを放電ダル加工で形成したとき、圧延距離が進むにつれて、摩耗によって圧延用ワークロールの表面粗さＲａが低下し、圧延荷重を低く維持する効果が得られなくなる場合がある。
　そこで、凹凸層２ｙが、クロムめっきによって形成された粒状のクロムにより形成されるようにする。これにより、クラックのない凹凸層２ｙを形成することができるとともに、繰り返し圧延を行っても表面が摩耗しにくいビッカーズ硬さを得ることができる。また、凹凸層２ｙが、粒状のクロムにより形成される場合、粒状クロムの突起が球形状の為、圧延中の局所的な応力集中が小さくなり、通常のクロムめっきコーティングの場合より耐摩耗性は向上する。その結果、ワークロールの修理や交換作業の頻度を抑え、圧延工程の安定した操業を行うことができる。
　また、１以上の上記圧延機１０を用いて、伸び率０．２％以上の調質圧延を施すことにより、高強度冷延鋼帯であっても十分に形状矯正を施すことができ、鋼帯の表面及び裏面の平坦度を概ね良好にとすることができる。
　本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されず、種々の変更を加えることができる。また本技術は図４に示す独立した調質圧延機への適用する場合について例示しているが、連続焼鈍ライン（ＣＡＬ）や連続溶融亜鉛めっきライン（ＣＧＬ）といった連続プロセスラインにインラインで設置される圧延機にも適用することができる。
１　鋼帯
２　圧延用ワークロール
２ｘ　胴部
２ｙ　凹凸層
３　バックアップロール
５　ペイオフリール
６　テンションリール
１０　調質圧延機
ＣＫ　クラック
Ｒａ　算術平均粗さ（表面粗さ）

Claims (4)

  1. 　ヤング率４５０ＧＰａ以上の超硬合金からなる胴部と、
    　前記胴部の外周面上に形成され、２．０～１０．０μｍの範囲の算術平均粗さを有し、粒状のクロムからなる凹凸層と、
    　を備えたことを特徴とする圧延用ワークロール。
  2. 　前記凹凸層は、クロムめっきにより粒状のクロムを析出させたものであることを特徴とする請求項１に記載の圧延用ワークロール。
  3. 　請求項１または２に記載の圧延用ワークロールを備えた圧延機。
  4. 　請求項３に記載の圧延機を１つ以上用いて、伸び率０．２％以上の調質圧延を施すことを特徴とする圧延方法。
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