JPS63123586A - 冷間圧延用ロ−ルの粗面化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は冷間圧延用ロールの粗面化方法に関し、さらに
詳しくは金属材料の冷間圧延用または１１質圧延用ロー
ルの表面を所望のパターンと凹凸深さをもつ粗面に粗面
化し、維持する方法に関する。

〔従来の技術〕

金属材料である圧延鋼板の重要な品質として表面品質が
ある６表面品質には、美麗さ、塗装やほうろうの密着性
、プレス加工性、耐食性、光沢などがあるが、それらの
特性に板の幾何学的形状すなわち表面粗さが重要な影響
を及ぼす。

それぞれの用途に応じた望ましい表面粗さを持つ金属表
面を得る最も普通の方法は、冷間圧延用ロールまたは／
および調質圧延用ロール表面を所定の粗さに加工してお
き、このロールで鋼板を所定の圧力で圧延し、板表面に
ロール表面の粗さを転写せしめる方法である。

ロール表面を粗面化する方法として従来広く行われてい
る方法には、 （１）ショツトブラスト （２）放電加工法 がある。

ショツトブラストは非常に簡便であり、またこの加工に
よりロール表面が加工硬化してロールの耐摩耗性を向上
させるなど゛の利点を持っているが、粗さが不均則であ
ること、硬いロールには長時間の加工時間を要し、深い
粗さがつけにくいことなどの欠点がある。

放電加工法では、表面粗さの制御は、回転するロニルと
軸方向に移動する電極との間の印加電圧および周波数を
変えることにより行う、この方法ではクレータの大きさ
を決定する火花の及ぶ範囲は電極の形状寸法によって決
まるので、ある限界を超えて微細な、ピッチの小さな粗
さを得ることは難しい、また放電加工によって生じた凸
部は。

機械的に弱く、圧延中のロールの初期摩耗が激しく、転
写された板表面粗度の変化が激しい。

上記の２つの方法に対し最近レーザビームを用いる加工
方法（以下レーザダル加工と記す）が提案されている０
例えば特開昭５６−１６０８９２、特公昭５８−２５５
５７、特開昭５４−６１０４３、特開昭５５−９４７９
０などである。

これらはいずれもレーザパルスをいかに照射するかにつ
いて詳細に述べているが照射されたロールの特性につい
ては言及されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

発明者らはレーザダル加工に基づくロール表面粗面化技
術を工業化すべく鋭意研究を重ねた。その研究によれば
レーザダル加工により粗面化したロールを用いて調質圧
延すると、ロールの初期の摩耗がかなり大きく、またレ
ーザダル加工により粗面化したロールにクロムメッキを
施した後、調質圧延すると、メッキの剥離を生じ、本方
法の効果が十分発揮できないことが判明した。

そこで、調質圧延ロールを詳細に調べた結果、圧延材料
と当接するワークロール部分の粗度低下と、圧延材料と
は当接せずバックアップロールとだけ当接するワークロ
ール部分の粗度低下とがほぼ等しいことが分った。この
ことからロールのダル加工した部分の摩耗あるいはメッ
キの剥離は、圧延材料に関係するのではなく、ワークロ
ールとバックアップロールとの間の転勤によって生じる
ことが明らかとなった。

また圧延ロールを輪切りにして、ロール表面近傍の断面
組織および硬度分布を調べた結果、レーザビームによる
ダル加工によって生じたロール表面の凸部のごく表面近
くに、母材よりも軟い残留オーステナイト相が存在する
ことが分った。

本発明は以上の知見に着目して開発されたもので馬る。

本発明の目的は、表面の摩耗の少ない冷間圧延ロールを
得るため、パルスレーザによっテ圧ＪＡロールの表面を
粗面化する改善された方法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、冷間圧延用ロールにレーザダル加工によって
粗面化加工を施すに際し、レーザビームによるダル加工
後のロールにロール面圧低下処理を施し、次いでロール
表面の硬化処理を施すことを特徴とする冷間圧延用ロー
ルの粗面化方法である。

前記ロールの面圧低下処理の好適な方法にはキスロール
、研磨加工処理、粗面化加工に際してのアシストガスノ
ズルのロール面に対する角度を６０度〜９０度として吹
き付ける方法またはショットもしくはサンドブラスト加
工方法がある。

前記のロールの表面硬化処理方法としては、サブゼロ処
理、表面硬化被膜処理、またはサブゼロ処理を施した後
に表面硬化被膜処理を施す方法が好ましい、これらの表
面硬化処理は上記の何れの面圧低下処理と併用してもよ
い。

〔作用〕

本発明によって加工された圧延ロールは、圧延に供した
ときにロール表面の摩耗力（少なく、長時間良好な粗度
状態を維持することができる。従って所望の表面粗さを
有する圧延材を長時間に亘って圧延することができる。

〔実施例〕

以下実施例に基づき詳細に説明する。

第３図にレーザビームによるロールの粗面化装置の全体
図を示す。

旋盤あるいは研削盤などの工作機械と類似の構成からな
るロールの回転支持装置２にロール１を装着し、所定の
速度で回転させる。

一方レーザ発振器３から出力されたレーザビームは複数
のミラーを介して、ロール表面に大略垂直に照射される
。レーザビームは、光学装置により所定のビームに調整
され、更にロール表面に焦点衛合わせて絞られる。レー
ザ照射ヘッド部４はロール回転と同期した駆動ネジ５の
回転によりロール軸方向にこれと平行して移動すること
ができる。レーザビームはＱスイッチにより所定の周波
数にパルス化するか、あるいはメカニカルチョッパによ
りパルス化することができる。このパルスの周波数と出
力およびロール回転数とレーザ照射ヘッドの移動速度の
設定によってロール表面粗さのパターンおよび深さを制
御することができる。またレーザビームの照射位置に向
けてアシストガス（ｏ２）をノズルを用いて吹き付ける
。

レーザ照射部のダル形状を第２図（ａ）、第２図（ｂ）
に示す。

レーザダルロールのダル加工部の摩耗がバックアップロ
ール間の転勤によって生じることから、圧延中の面圧は
ダル部分の凸部で受は持つことが知られる。調質圧延時
のロール圧下荷重はダル加工部の被圧延材への転写率を
十分に確保する観点からこれを著しく下げることは問題
がある。

本発明者らはダル部の凸部の形成のさせ方と血圧を低く
することとは深く関係があるとの知見を得た。

第２図（ａ）のように溶融メタルで局所的に盛り上げた
場合は、この凸部のみ受バックアップロールとの荷重を
支えることになり、面圧は著しく大きくなり摩耗も大き
くなる。第２図（ｂ）のように溶融メタルを穴の周囲に
均等に盛り上げるとバックアップロールとの接触面積が
増加し、面圧を低くでき、寿命が向上する。詳細に調質
した結果、盛り上がり部分の穴の周長に占める割合が６
０％以上であれば摩耗が著しく少なくなることが分った
。

面圧を低くする手段としてはクレータ部の特に高い凸部
をなくシ、凸部の最も高い部分を平坦にすることが有効
である。

血圧を低くする１つの手段としてはレーザダル加工後キ
スロールして面圧が６０ｋｇ／ｍｍ″以下の状態で転動
させることが有効である。この時相手のロール面は粗度
が小さい研磨面であった方がよ伐均−な平坦化処理がで
き好ましい、８０ｋｇ／ｍｍ″を越える面圧で転動させ
ると凸部の高さ減少が大きくなり、圧延後の被圧延材の
表面に所望の性能が得られない、キスロールによる面圧
低下処理は１例えばレーザダル加工後のロールと粗度Ｒ
ａが０．５ｇｍのバックアップロールとをキスロールし
、面圧が４０ｋｇ／ｍｒｒＩ′となるように荷重をかけ
た状態でロールを５０ｍ／ｍｉｎの速度で５分間転動さ
せて行うとよい。

面圧を低下させるもう１つの手段は研磨加工である。こ
の方法はレーザダル加工後クレータ凸部の最高部を少し
削り取って高さを揃える方法で。

ロールを５ＯＲＰＭ以下のスピードで回転させ、これに
紙やすりあるいは砥石を１０ｋｇ／ｍｍ″以下の面圧で
接触させ研磨することで行う、１０ｋｇ／ｍｍ″を越え
る面圧ではキスロールの場合の６０ｋｇ／ｍｍ″を越え
る面圧のときと同様に凸部の高さが減少し過ぎて被圧延
材の圧延後の表面性状が好ましくないものとなる０本方
法では当然のことながら、ロールを回転させないで紙や
すりあるいは砥石を回転させてもよい、研磨加工による
面圧低下処理の例を挙げると、レーザダル加工後のロー
ルを３０ｍ／ｍｉｎの速度で回転させ、これに帯状の６
００＃エメリーペーパを面圧的５ｋｇ／ｍｍ″で接触さ
せ、これをロール軸方向に移動させることによって行っ
た。

さらに面圧低下処理の別の手段としてレーザダル加工後
のロール表面に軽度のショツトブラスト加工あるいは粒
径が小さな１２０＃グリツドによるショツトブラスト加
工もしくはサンドブラスト加工することによっても局所
的な凸部の高さを低くし、高さを揃えることが可能であ
る。ブラスト加工による面圧低下処理は、例えばレーザ
ダル加工後のロールに１２０＃グリツドのショツトブラ
スト加工を施すことにより行う。

また、ロールの面圧低下を図る他の方法として、第４図
に示すようにレーザビーム１１がロール面１０に照射さ
れダル加工が施される箇所１２を狙って供給されるアシ
ストガス（例えば０２ガス）１３のノズル１４のロール
面１０に対する吹付角θを一定範囲度に維持する方法に
よっても目的を達成することができる。

レーザビームによって生成したクレータ周囲の溶融金属
の盛り上がり部の占める周長の割合が、クレータの全周
長に対し６０％以上を確保するた、めには、レーザビー
ムがロールに当る位置を狙って吹き付けるアシストガス
のノズルのロール面に対する吹付角θを６０〜９０度に
することが必要である。６０度未満の角度でアシストガ
スを吹き付けると、レーザビーム照射位置での溶融メタ
ルが一方向にのみ盛り上がり、盛り上がり部の周長がク
レータの全周長の６０％以上を確保することができない
、実際にはノズルのロール面に対する角度を６５度とし
てアシストガスを吹き付けた。（この時のアシストガス
の流量は４０ｉ／ｍｉｎ、圧力は３　ｋ　ｇ　／　ｃゴ
で行った。）この処理により溶融メタルの盛り上り部高
さをより均一にすることができ、面圧を下げることが可
能となる。

ロールの摩耗に対してはロール表面が硬い方が有利であ
る。従って、本発明ではロール表面硬化処理を行う。

レーザダル加工後のロール表面層の軟かい部分はレーザ
照射により一旦溶融した金属が急冷され、マルテンサイ
トに十分変態できずにオーステナイト相が残留したもの
である。この部分に十分な耐摩耗性を発揮できる硬度を
与える有効な手段の１つは、ロール表面ｉサブゼロ処理
しマルテンサイト変態させることである。

サブゼロ処理によるロール表面硬化処理としては、ロー
ル表面に液体窒素を吹き付けることでよい０本実施例で
はサブゼロ処理として液体窒素液を吹き付けたがロール
表面のレーザ照射部をサブゼロ処理するためには如何な
る手段でもよく、例えばロールをドライアイス液に漬け
てもよい。

また、ロール表面硬化処理の他の手段として表面硬化被
膜処理、例えばクロムメッキ、複合メッキ、イオンブレ
ーティングによるＴＥＮ等の被膜等を施す方法があり、
このような処理によっても摩耗を軽減することができる
。

表面硬化被膜処理によるロール表面硬化処理としてロー
ル表面にクロムメッキを施した例を示す、クロムメッキ
の厚さおよびメッキ条件は次の通りである。

メッキ浴はサージェント浴（Ｃｒ０３：２００ｇ／　ｌ
　、　Ｈ２Ｓ　０４　：　２　ｇ／　ｌ）を用い、静止
浴で浴温度５０℃、電流密度３０Ａ／ｄｒｎ’で行い、
クロムメッキ厚１０ｐｍを得た。他の表面硬化被膜処理
法として１例えばＴｉＮのイオンプレティング処理ある
いは複合メッキ、ＷＣの溶射等を施してもよい、さらに
サブゼロ処理後に表面硬化被膜処理を施せば効果は一段
と向上する。

上記、サブゼロ処理や表面硬化被膜処理等の硬化処理は
前述の面圧低下処理の後に実施することにより著しく耐
摩耗効果を発揮する。つまり、レーザダル加工後面圧低
下処理を施こしたロールの凹凸は均一となっており、シ
ャープな突起がないので、例えばクロムメッキ時に突起
部での電流密度が高くなることがなく、ミクロ的にも均
一なりロムメッキ厚を確保することができる。その結果
として従来しばしば問題となっていたメッキの剥離を皆
無にすることができる。

本発明方法は上記技術手段により、ロールの寸法精度を
悪化させることなく、面圧低下処理後にサブゼロ処理や
表面硬化被膜処理を施すことにより、従来に比し、格段
に優れた耐摩耗性をロールに付与することができ、被圧
延材の板面粗度変化を著しく小さく抑えることができる
。

レーザダル加工後のロールを前記の何れかの面圧低下処
理を施した後、サブゼロ処理を行い、次いでクロムメッ
キした場合、サブゼロ処理によりメッキ前の下地が硬化
されることによって圧延によるロール表面の塑性変形が
著しく小さくなる。

この上にさらに硬いクロムメッキ層で覆われるため、さ
らに優れた耐摩耗性を示す。

次にさらに具体的な実施例に基づき具体的な処理条件を
示す。

実験に用いた圧延機は実験室的な小型圧延機であり、そ
のロールの直径は７０ｍｍである０本ロールを用いてフ
ープ状材料を連続圧延してロールの摩耗、材料面の粗度
変化を調べた。

実験に供したロールの化学成分は、 Ｃ：０．８５重量％ Ｓｉ：０．８　　重量％ Ｍｎ：０．４　　重量％ Ｎｉ：０．１５重量％ Ｃｒ：２．９　　重量％ Ｍｏ：０．２９重量％ Ｖ：０．０１重量％ であり、広く用いられている成分系である。

ロールの製造プロセスは次のようである。

すなわち、上記成分の溶鋼を鋳造した後、温度１１００
℃で鍛造比３．５まで鍛造した。その後９５０℃に加熱
空冷するいわゆるノルマ処理を施した。これを８００℃
ＸＩＯ時間および７００℃×１０時間のカーバイド球状
化処理をした後、所定の寸法に機械加工した０機械加工
後９００℃で加熱した後、油中に焼入れを施し、次いで
６５０℃の焼戻しをし、再び機械加工を施し最終寸法に
まで仕上げた。更に表面層を誘導加熱により９００℃に
加熱した後水中に焼入れをし、１５０℃の低温焼戻しを
行い、しかる後最後の表面研磨をした。

このような処理を施したロールは、マルテンサイト素地
中に球状炭化物が一様に分布している健全な組織を示す
。

このロール表面に本発明方法によって、メカニカルチョ
ッパを用いてパルス化したＣＯ２ガスレーザビームを照
射し所定の粗さに粗面化加工を施した。

レーザ照射条件として、 レーザ出カニ２ｋＷ パルス周波数：５６ｋＨｚ エネルギー密度：６．４Ｘ１０”Ｗ／ｃゴｌパルス当り
の照射時間：　２５＃Ｌｓｅｃ照射されてロール表面に
できたクレータのピッチ：ロール円周方向、軸方向とも
２２０ルｍ である、得られたロール粗度はＲｍａｘが約２０°ルｍ
である。

９のようにして粗面化したビールとバックアップロール
をキスさせ、面圧４０　ｋ　ｇ　／　ｍゴ、速度５０ｍ
／ｍｉｎで５分間転勤させることにより、血圧低下処理
を施した。

得られたロール粗度はＲｍａｘが２０４ｍから１７終ｍ
に低下した。

このように粗面化したロール表面近傍の硬度分布を測定
した結果を第５図に示す、サブゼロ処理後のロール表面
近傍の硬度分布を測定した結果を第６図に示す、溶融帯
の残留オーステナイトはほぼ完全にマルテンサイト化し
て母材より高い硬度を示している。

サブゼロ処理後のロール表面を脱膜清浄化しクロムメッ
キを行った。

ロール表面の硬度分布を第７図に示す、ロール表面から
１０ｐｍ深さに亘ってかなり高い硬度を示している。

前述の条件で４セツトのロールにダル加工した後、 ａ）１セツトは前述のクロムメッキ処理した。

ｂ）゛１セットは前述のキスロールによる面圧低下処理
、次いでサブゼロ処理した。

ｃ）１セツトは前述のキスロールによる面圧低下処理、
次いでクロムメッキ処理した。

ｄ）１セツトは前述のキスロールによる面圧低下処理１
次いでサブゼロ処理、次いで−クロムメッキ処理した。

この４セツトのロールを用い、板厚０．８　ｍ　ｍの低
炭素ＡｆＬキルド鋼の冷延後焼鈍した板を圧下率０．８
％で調質をし、板面粗度変化を調べ比較した結果を第１
図に示す、第１図において曲線１１．１２．１３．１４
はロール表面の平均粗さＲａを示すもので、それぞれ、 曲線１１：血圧低下処理後サブゼロ処理後クロムメッキ
処理したもの 曲線１２二面圧低下処理後クロムメッキ処理したもの 曲［１３：面圧低下処理後サブゼロ処理したもの 曲線１４ニクロムメツキ処理したもの で勲る。また曲線２１．２２．．２３．２４は被圧延板
材の平均表面粗さＲａを示したもので、それぞれ、 曲線２１：面圧低下処理後サブゼロ処理後クロムメッキ
処理したもの 曲線２２：面圧低下処理後クロムメッキ処理したもの 曲線２３二面圧低下処理後サブゼロ処理したもの 曲線１４ニクロムメツキ処理したもの である。第１図によれば面圧低下処理を行わないでクロ
ムメッキをした場合には、メッキ層の剥離を生じ、初期
の粗度低下が著しく、所望の板性能を発揮できない０本
発明法を適用した他の３つの例では粗度低下を大幅に軽
減することができ、実機換算圧延長５０ｋｍでも初期の
粗度を維持することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レーザ粗面化加工後、面圧低下処理と
表面硬化被膜処理を組み合わせることにより、ダルロー
ルの摩耗を著しく軽減することができ、被圧延材板面の
粗度低下が著しく改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は実機換算圧延長さと平均表面粗さとの関係を示
すグラフ、第２図（ａ）、第２図（ｂ）はレーザパルス
ビームで形成されたクレータ形状、第３図はロール粗面
化加工装置の斜視図、第４図はロール面とアシストガス
のノズルとの関係を示す説明図、第５図、第６図、第７
図はロールの表面からの深さと硬度との関係を示すグラ
フである。 １・・・ロール ２・・・ロール回転支持装置 ３・・・レーザ発振器 ４・・・レーザ照射ヘッド ５・・・レーザ駆動ねじ 、出願人　川崎製鉄株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　冷間圧延用ロール表面に、５×１０＾４〜９×１０
   ＾６Ｗ／ｃｍ＾２のエネルギー密度のレーザビームを照
   射してロール表面に粗面化加工を施すに際し、 ａ）レーザビームによるダル加工後のロールに面圧低下
   処理を施す工程 ｂ）次いでロール表面の硬化処理を施す工 程 を含むことを特徴とする冷間圧延用ロールの粗面化方法
   。 ２　前記ロールの面圧低下処理がキスロールである特許
   請求の範囲第１項に記載のロールの粗面化方法。 ３　前記ロールの面圧低下処理が研磨加工処理である特
   許請求の範囲第１項に記載のロールの粗面化方法。 ４　前記ロールの面圧低下処理が粗面化加工に際しての
   アシストガスノズルのロール面に対する角度を６０度〜
   ９０度として吹き付けることである特許請求の範囲第１
   項に記載の ロールの粗面化方法。 ５　前記のロールの面圧低下処理がショットもしくはサ
   ンドブラスト加工である特許請求の範囲第１項に記載の
   ロールの粗面化方法。 ６　前記ロール表面の硬化処理がサブゼロ処理である特
   許請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記載のロール
   の粗面化方法。 ７　前記ロール表面の硬化処理が表面硬化被膜処理であ
   る特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記載のロ
   ールの粗面化方法。 ８　前記ロール表面の硬化処理がサブゼロ処理を施した
   後に表面硬化被膜処理を施すことである特許請求の範囲
   第１項乃至第５項の何れかに記載のロールの粗面化方法
   。