JP2001239308A - 圧延用ロールおよび金属板の冷間圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面品質が重視される鋼板を、ワークロール
の表面に存在する凸部に起因した表面品質の低下や焼付
きを生じずに、確実に冷間圧延できない。 【解決手段】 ＰＶＤ法により少なくとも被圧延材に接
するロール表面が炭化物や窒化物からなる硬質被膜によ
り構成された圧延用ロールである。その胴長方向および
円周方向の中心線平均粗さＲａが０．１０〜１．０μｍ
であるダル加工面を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧延用ロールおよ
び金属板の冷間圧延方法に関し、より具体的には、均質
な表面粗さや高い光沢度等の優れた表面品質が要求され
るステンレス鋼板、チタン合金板、さらにはアルミニウ
ム合金板等の金属板の圧延に好適な圧延用ロールとこの
金属板の冷間圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばステンレス鋼板、チタン合金板さ
らにはアルミニウム合金板等といった、表面粗さや表面
光沢等の表面品質が重視される金属板の冷間圧延では、
直径が１５０ｍｍ以下の小径ワークロールを用いた多パ
ス圧延や、タンデムミル圧延が行われている。これらの
圧延のワークロール材には、熱処理によって表面の硬度
を高めた合金工具鋼（本明細書では「ダイス鋼」とい
う）や高速度鋼（本明細書では「ハイス」という）等の
鉄鋼材料が用いられる。

【０００３】ところで、これらのワークロールにより圧
延を行われる前の金属板は、１．０μｍ以上の表面粗さ
を有しており、その表面には凹部が存在する。このた
め、冷間圧延の際にこの凹部に捕捉された潤滑油は、金
属板およびワークロール間に静水圧を及ぼし、金属板の
表面を自由変形させてオイルピット (微小欠陥) を発生
するため、表面光沢を低下させる。

【０００４】そこで、圧延使用前に、粗パスまたは前段
スタンドに適用されるワークロールの表面を、砥石によ
る円筒研削によって中心線平均粗さＲａが１．０μｍ程
度の比較的大きな表面粗さとして、金属板およびワーク
ロール間の接触率を高めることにより凹部やオイルピッ
トを減少させ、下流側スタンドになるにつれて順次、ワ
ークロールの表面粗さをより小さく調整して圧延を行
い、仕上げパスまたは仕上げスタンド用に適用されるワ
ークロールの表面は、中心線平均粗さＲａが０．０５μ
ｍ以下の鏡面仕上面として圧延を行うことにより、所望
の高い光沢度を有する金属板を得る圧延方法が採用され
ている。なお、中心線平均粗さＲａは、ロール胴長方
向、すなわち圧延方向に直交する方向に関するものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ワークロー
ルの表面に存在する凸部は、ロール胴長方向のみなら
ず、ワークロールが円周方向に研削されることに起因し
てロール円周方向や、金属板の圧延方向についても存在
する。

【０００６】このため、上述した従来の圧延方法で金属
板の圧延を行っても、ロール胴長方向へ向けて存在する
凸部によって金属板の幅方向へ向けて存在する凹部はあ
る程度は分断されるものの限度があるため、表面光沢の
低下を充分に抑制することはできない。また、金属板の
圧延方向へ向けた凹部に対しては低減作用は不十分であ
り、特に板幅方向への表面光沢度を向上することはでき
ない。

【０００７】また、圧延された金属板の表面品質を向上
するためには、金属板とワークロールとの界面に存在す
る油膜の厚さをできるだけ薄くしてロール表面の転写率
を上げることが有効である。しかし、ダイス鋼やハイス
等の鉄鋼材料からなる従来のワークロールは金属板と凝
着し易く、表面光沢の不良や焼付きによる不良が多発し
て逆に品質が低下してしまう。

【０００８】金属板と凝着し難いワークロールとして、
セラミックロールや超硬ロール等が実用化されている。
しかし、これらのワークロールは極めて難研削なもので
あるために、前述した中心線平均粗さに表面粗さを調整
することは、殆ど不可能である。また、これらのワーク
ロールは、本質的に脆弱であるため、圧延使用において
は強度面での耐久性に大きな問題がある。

【０００９】さらに、近年、高い表面光沢が要求される
金属板の生産性を向上するために圧延速度を上昇するこ
とや、直径が２００ｍｍ以上であるワークロールを用い
てタンデムミル圧延を行うこと等が検討されているが、
これらのような圧延を行うと、光沢不良や焼付き等がさ
らに発生し易くなってしまう。

【００１０】ここに、本発明の目的は、例えばステンレ
ス鋼板、チタン合金板さらにはアルミニウム合金板等と
いった、表面粗さや表面光沢等の表面品質が重視される
金属板を、ワークロールの表面に存在する凸部に起因し
た表面品質の低下や焼付きを生じることなく、確実に冷
間圧延することができる圧延用ロールおよび金属板の冷
間圧延方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下に列記する
新規な知見（ｉ）〜（ｉｉｉ）を得て、本発明を完成し
た。

【００１２】（ｉ）ワークロールの表面を等方的なダル
加工面として、表面粗さの形態を改善することにより、
圧延前の金属板の表面に存在する凹部を、表面品質の低
下を防止できる程度に効果的に、除去できる。

【００１３】（ｉｉ）ワークロールの少なくとも被圧延
材に接するロール表面に、金属板と凝着し難い特性を有
する鉄鋼材料以外の材料により構成される硬質被膜を形
成することにより、焼付きを効果的に防止できる。

【００１４】（ｉｉｉ）上記（ｉ）項および（ｉｉ）項
を組み合わせることにより、均質な表面粗さと高い表面
光沢度とをともに有し、従来よりも格段に優れた表面品
質を有する金属板を安定して製造することができる。

【００１５】本発明は、少なくとも被圧延材に接するロ
ール表面が硬質被膜により構成された圧延用ロールであ
って、その胴長方向および円周方向それぞれの中心線平
均粗さＲａがいずれも０．１０〜１．０μｍであるダル
加工面を有することを特徴とする圧延用ロールである。

【００１６】上記の本発明では、硬質被膜が、セラミッ
クス、超硬合金若しくはサーメット等の粉末焼結体、ま
たは、炭化物、窒化物、酸化物若しくはこれらの複合化
合物により構成されることが例示される。この場合に、
硬質被膜が、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法により形成される
ことが、望ましい。

【００１７】別の観点からは、本発明は、少なくとも被
圧延材に接するロール表面が硬質被膜により構成され、
その胴長方向および円周方向それぞれの中心線平均粗さ
Ｒａがいずれも０．１０〜１．０μｍであるダル加工面
を有する圧延用ロールを用いて金属板を圧延することを
特徴とする金属板の冷間圧延方法である。

【００１８】これらの本発明では、被圧延材が、ステン
レス鋼板、チタン合金板またはアルミニウム合金板等
の、表面粗さや表面光沢等の表面品質が重視される金属
板であることが、例示される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる圧延用ロー
ルおよび金属板の冷間圧延方法の実施の形態を、詳細に
説明する。

【００２０】まず、本発明にかかる圧延用ロールについ
て説明する。本発明にかかる圧延用ロールは、（１）材
質および（２）表面粗度の２点において大きな特徴を有
する。以下、これらについて説明する。

【００２１】（１）材質 本発明にかかる圧延用ロールは、少なくとも被圧延材に
接するロール表面が、被圧延材と凝着し難い特性を有す
る鉄鋼材料以外の材料により構成される。本発明では、
ロール表面における凸部を金属板の表面にできるだけ多
く、かつ均等に接触させることにより、表面光沢の不良
を防止する。しかし、金属板に接するロール表面が、例
えばダイス鋼やハイス等の鉄鋼材料からなると、金属板
との凝着が発生し易いために光沢不良や焼付きを生じ
て、逆に金属板の表面品質を低下させてしまう。

【００２２】そこで、本発明では、少なくとも被圧延材
に接するロール表面を構成する材料を、金属板と凝着し
難い特性を有する硬質焼結体材料と限定する。具体的に
は、セラミックスや超硬合金等の粉末焼結体や、炭化物
や窒化物等の硬質被膜を形成されて表面改質されたもの
等がある。

【００２３】さらに、これらの硬質被膜は、ＰＶＤ法ま
たはＣＶＤ法により被覆されたものであることが、ロー
ル表面粗さの調整が容易であるとともに強度面での耐久
性が優れることから、望ましい。ＰＶＤ法またはＣＶＤ
法の処理条件は、周知慣用の条件にしたがえばよく、特
定の条件には限定されない。例えば、ＰＶＤではイオン
プレーティング法が、ＣＶＤではプラズマＣＶＤ法が接
合強度上望ましく、２００〜４００℃の処理温度でTi
Ｎ、TiCN、TiAlＮ、CrＮ等の被膜を数〜１０μｍの適当
な厚みで被覆する条件が例示される。

【００２４】このようにして形成される硬質被膜の組成
として、例えば、TiＮ、TiCN、TiAlＮ、CrＮ等が例示さ
れる。

【００２５】なお、本発明では、少なくとも被圧延材に
接するロール表面が、上記の被圧延材と凝着し難い特性
を有する鉄鋼材料以外の材料からなっていればよく、こ
れ以外の材質についての限定は不要である。すなわち、
本発明にかかる圧延用ロールは、芯材が上記の硬質被膜
とは異なる材料からなる複合ロールであってもよく、ま
た硬質被膜および芯材が同じ材料により一体に構成され
た一体ロールであってもよい。複合ロールの芯材の組成
は、例えば、Ｃ：１．０〜２．０％、Si：０．２〜２．
０％、Mn：０．２〜２．０％、Cr：３．０〜２０．０
％、Mo：０．５〜１０．０％、Ｖ：６．０％以下、Co：
１０．０％以下、Ｗ：１０．０％以下である。

【００２６】（２）表面粗度 本発明にかかる圧延用ロールは、その胴長方向および円
周方向の中心線平均粗さＲａが０．１０〜１．０μｍで
あるダル加工面を有する。

【００２７】冷間圧延を行われる前の金属板の表面粗さ
は、中心線平均粗さＲａで１μｍ以上であり、深さが数
μｍ程度の凹部が散在している。冷間圧延の粗パスある
いは前段スタンドでの圧延では、ロール表面に存在する
凸部で掘り起こすこと、すなわち剪断作用によって金属
板の表面の凹部を効率的に除去するとともに、オイルピ
ットの生成を抑制することである。したがって、通常の
円筒研削面のようにロール表面における凸部がロール円
周方向 (圧延方向) に一直線上に存在すると、金属板の
表面に存在する凹部を効果的に分断することができず、
ロール表面に存在する凸部がロール面内に等方的に分布
していることが、金属板の表面に存在する凹部を的確に
除去するためには有効である。

【００２８】そこで、本発明では、ロール表面粗さの形
態を、少なくとも胴長方向および円周方向について等方
的に凸部が分散したダル加工面と規定する。ダル加工の
手段は、周知慣用の手段によればよく、特定の手段には
限定されない。例えば、放電ダル加工やレーザダル加工
等が例示される。

【００２９】また、ダル加工面の中心線平均粗さＲａが
１．０μｍを越えると、ロール凸部の転写の程度が高ま
り過ぎ、逆に金属板の表面における凹部の生成の方が多
くなるおそれがある。そこで、本発明では、ダル加工面
の中心線平均粗さＲａは１．０μｍ以下と限定すること
が望ましい。

【００３０】一方、本発明にかかる圧延用ロールを仕上
圧延に適用した場合、ダル加工面の中心線平均粗さＲａ
が０．１０μｍ未満であると、ロール凸部による金属板
の表面の拘束が不足して局部的な自由変形を生じ、微小
欠陥を生成して表面光沢度をかえって低下させるおそれ
がある。そこで、本発明では、ダル加工面の中心線平均
粗さＲａは０．１０μｍ以上と限定することが望まし
い。

【００３１】このような観点から、本発明にかかる圧延
用ロールは、その胴長方向および円周方向の中心線平均
粗さＲａが０．１０〜１．０μｍであるダル加工面を有
することが望ましい。

【００３２】本発明にかかる圧延用ロールは、以上説明
した材質および表面粗度を有する。次に、本発明にかか
る金属板の圧延方法を説明する。本発明では、上述した
本発明にかかる圧延用ロールを用いて金属板を冷間圧延
する。

【００３３】冷間圧延条件は、周知慣用の手段によれば
よく、特定の手段には限定されない。例えば、タンデム
ミルを用いて、ダル加工面の中心線平均粗さＲａが１．
０μｍ程度の大きな表面粗さを有する本発明にかかる圧
延用ロールを用いて粗圧延を行い、順次、ダル加工面の
中心線平均粗さＲａが小さくなる本発明にかかる圧延用
ロールを用いて圧延を行い、最後に、ダル加工面の中心
線平均粗さＲａが０．１０μｍ程度の小さな表面粗さを
有する本発明にかかる圧延用ロールを用いて仕上圧延を
行う。

【００３４】この粗圧延〜仕上圧延の際に、本発明にか
かる圧延用ロールの表面には、いずれも、金属板の表面
に存在する凹部を効果的に除去することができる程度の
高さを有する凸部が等方的に分布しているため、金属板
の表面の凹部を効率的に除去するとともに、オイルピッ
トの生成を抑制することができる。

【００３５】また、本発明にかかる圧延用ロールは、い
ずれも、少なくとも被圧延材に接するロール表面が、被
圧延材と凝着し難い特性を有する鉄鋼材料以外の材料に
より構成されるため、圧延の際に焼付きを生じることも
ない。

【００３６】また、本発明にかかる圧延用ロールは、い
ずれも、充分な強度を有するため、圧延使用においても
何らの耐久性に関する問題も生じない。

【００３７】したがって、本発明によれば、表面光沢度
が高く、かつ表面粗さが均一化された、表面品質に優れ
た金属板を冷間圧延により製造することが可能である。

【００３８】このため、近年、高い表面光沢が要求され
る金属板の生産性を向上するために圧延速度を上昇する
ことや、直径が２００ｍｍ以上であるワークロールを用
いてタンデムミル圧延を行うこと等も可能となり、生産
性を飛躍的に向上することができる。

【００３９】

【実施例】表１に示す表面粗度に調整された表面改質ロ
ール (条件１〜３；ＰＶＤ処理によるTiＮ被覆ロール)
および鋼ロール (条件４；第１〜３パスがダイス鋼ロー
ル、第４、５パスがハイスロール) を用いて、ＳＵＳ３
０４からなる被圧延材の表面光沢度に及ぼすロール表面
粗度の影響を評価した。

【００４０】

【表１】

【００４１】表面改質ロールの硬質被膜の組成は、いず
れも、TiＮであり、また、芯材の組成は、Ｃ：１．５
％、Si：０．４％、Mn：０．４％、Cr：１２．０％、M
o：１．０％、Ｖ：０．４％であった。

【００４２】一方、鋼ロールの組成は、ダイス鋼は上記
の組成であり、ハイスはＣ：１．５％、Si：０．３％、
Mn：０．３％、Cr：４．０％、Mo：４．０％、Ｖ：４．
３％、Co：５．０％、Ｗ：５．５％であった。

【００４３】なお、本実施例では、表１に示す表面改質
ロール (条件１〜３）と鋼ロール (条件４）とは、いず
れも、ロール径が８０ｍｍであり、２０段ゼンジミアミ
ルによる５パス圧延である。被圧延材の圧延前の板厚は
２．０ｍｍであり、第５パス後の板厚は１．０ｍｍとし
た。また、潤滑油には鉱油を用いた。

【００４４】条件１では第１〜４パスまで本発明にかか
る圧延用ロールを適用し、第５パスのみ本発明の範囲外
の粗度 (低粗度) とした。また、条件２では第２〜５パ
スまで本発明にかかる圧延用ロールを適用し、第１パス
が本発明の範囲外 (高粗度)とした。また、条件３およ
び条件４は、いずれも、表面調整を従来の円筒研磨で行
った比較例である。

【００４５】各パス後の光沢度 (GS60度で表示) の測定
結果を図１のグラフにまとめて示す。本発明の条件１の
第１〜４パスではその他の条件に比べて高位の表面光沢
度が得られ、特に、第４パスではGS500 以上の非常に高
い値が得られた。

【００４６】しかし、本発明の範囲外となる低い粗度と
した第５パスでは逆に光沢度は低下した。

【００４７】また、第１パスの表面粗度が本発明の範囲
外である条件２では第１パスで得られた表面光沢度が不
十分であったために第２パス以降での光沢度向上が遅延
し (または限度があり) た。また、比較例である条件
３、条件４の光沢度からみて改善代は小さかった。さら
に、鋼ロールを使用した条件４では第５パスに圧延材の
ロール表面への凝着が生じ、光沢ムラが発生した。

【００４８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
り、金属板の表面に存在する凹部を効率的に除去するこ
とができ、ワークロールの凸部に起因した表面品質の低
下や焼付きを生じることなく、確実にかつ安定して冷間
圧延することができる圧延用ロールおよび金属板の冷間
圧延方法を提供する。

【００４９】かかる効果を有する本発明の意義は、極め
て著しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 各パス後の表面光沢度の測定結果をまとめて
示すグラフである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも被圧延材に接するロール表面
   が硬質被膜により構成された圧延用ロールであって、そ
   の胴長方向および円周方向それぞれの中心線平均粗さＲ
   ａがいずれも０．１０〜１．０μｍであるダル加工面を
   有することを特徴とする圧延用ロール。
2. 【請求項２】 前記硬質被膜は、セラミックス、超硬合
   金若しくはサーメット等の粉末焼結体、または、炭化
   物、窒化物、酸化物若しくはこれらの複合化合物により
   構成される請求項１に記載された圧延用ロール。
3. 【請求項３】 前記硬質被膜は、ＰＶＤ法またはＣＶＤ
   法により形成される請求項１または請求項２に記載され
   た圧延用ロール。
4. 【請求項４】 少なくとも被圧延材に接するロール表面
   が硬質被膜により構成され、その胴長方向および円周方
   向それぞれの中心線平均粗さＲａがいずれも０．１０〜
   １．０μｍであるダル加工面を有する圧延用ロールを用
   いて金属板を圧延することを特徴とする金属板の冷間圧
   延方法。
5. 【請求項５】 前記被圧延材は、ステンレス鋼板、チタ
   ン合金板またはアルミニウム合金板である請求項４に記
   載された金属板の冷間圧延方法。