表面に凹凸模様を有する鋼板の製造方法

【課題】意匠性や滑り止めなどの機能性が要求される凹凸模様鋼板を多段圧延によって製造するにあたり、凹凸模様形状によらずワークロールの耐久性を落とすことなく、低コストでの凹凸模様鋼板の工業生産を可能とする方法を提案する。
【解決手段】表面に凹凸部を有したワークロールを用いた多段圧延機で圧延して金属帯板表面に凹凸模様を形成する際、胴長方向の一部を小径化した部位に凹凸部を有するロールを少なくとも一方のワークロールとして用いた多段圧延機で圧延する。
ワークロールとしては、ロールの胴長方向の両側部を残し中央部のみ小径化したロールを用いることが好ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段圧延により意匠性や滑り止めなどの機能を有する凹凸模様を有する鋼板を製造する方法であって、凹凸を形成したワークロールの耐久性低下を抑制した製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にエンボス模様などの凹凸模様を有する鋼板を製造する方法として、表面に凹凸を形成したワークロールを圧延機に組み込み、その凹凸を鋼板表面に転写する圧延加工する方法が採用されている。
圧延形式としては、一対のワークロールからなる２段圧延をはじめ、２０段などの多段圧延まで様々で、どの圧延形式を選択するかは、素材の種類や寸法、付与すべき凹凸模様を得るに必要な圧延荷重などの条件による。圧延加工では、小径のワークロールほど材料との接触弧長が短くなるため、同じ圧延率でも圧延荷重の低減が図れる。その反面、ワークロールの断面剛性が低下することでワークロールのたわみが生じやすくなり、その結果として、圧延材の板厚精度や形状が悪化しやすくなる。とりわけ材料の板幅が広いほど、ワークロールのたわみは顕著となる。
【０００３】
そこで、ワークロールのたわみを抑制するために、ワークロールと同等以上の外径を有したバックアップロールで支える、いわゆる多段圧延が多用されている。
なお、多段圧延ではワークロールベンダーを利用してワークロールのたわみを改善する方策も行われている。
例えば図１に示されるような従来の４段圧延では、ワークロールは材料とバックアップロールとに接触することになる。
【０００４】
通常、ワークロールやバックアップロールは、耐摩耗性などの耐久性を確保するために、表面に焼入れ層を有しており、素材よりも高い硬度を備えている。この硬度差により、通常の圧延ではワークロールの摩耗は抑えられている。一方、ワークロールとバックアップロールに関しては、両者の表面硬度は同等であるため、摩耗に及ぼす影響は小さいと考えられる。
しかしながら、多段圧延によって凹凸模様鋼板を製造するに当たっては、外径差及びワークロールの表面形状が摩耗に及ぼす影響が大きく、凹凸部がありかつ小径ワークロールほど摩耗が顕著となる。
【０００５】
ロール外径に関しては、通常ワークロールはバックアップロールと同等以下の外径であるため、回転数はワークロールの方が必然的に高くなるために、ワークロールの方が摩耗しやすくなる。
また表面形状に関しては、凹凸を有したワークロールではバックアップロールとの接触が凸部のみとなるため、凸部にかかる面圧が高くなる。その際、ワークロールの凹凸形状によって凸部の摩耗が顕著となり、ワークロールの耐久性が著しく低下する場合がある。
【０００６】
例えば図２に示すように、ワークロール表面に形成された凹部の面積に対して凸部の面積が相対的に大きい場合には、局部的な面圧の上昇を生じ難いことから、ワークロールの摩耗は比較的小さい。一方、図３に示すように、凸部先端が鋭利であったり、凸部の面積が凹部の面積に対して相対的に小さい場合は、荷重の集中を促進する傾向となるため、凸部の摩耗が顕著となってワークロールの耐久性は著しく低下する。
このように、多段圧延によって鋼板表面に凹凸模様を付与する場合には、ワークロールとバックアップロールとの接触状態によって、ワークロールの耐久性が大きく変化するため、工業生産に適用するには凹凸形状の制約があった。
【０００７】
ところで、異形断面帯板材の製造方法ではあるが、特許文献１に、異形ワークロール１０側に、この異形ワークロール１０の円周突起１１に非接触の減径部３１と、その左右両端域１３の周面に当接する大径部３２とを備えた異形バックアップロール３０が配設され、異形ワークロールに対向配置されたフラットワークロール２０側には、フラット周面２１に当接するフラットバックアップロール４０が配設された多段の圧延ロールが提案されている（図４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１２３４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１で提案された技術を参考として、鋼板表面に凹凸模様を圧延法により付与する場合に、ワークロール表面に凹凸を形成し、バックアップロールのワークロール凹凸に対応する部位の径を小さくすることも想定できる。
しかしながら、通常バックアップロールの径はワークロールの径と同等以上であるため、研削を施してバックアップロールの径を部分的に細くすることは、ワークロールの径を細くするよりもコストが高くなる。また、上記特許文献１で提案された技術を凹凸模様の形成に転用しようとすると、種々のサイズの凹凸模様に応じたワークロールとバックアップロールとが必要となり、結果としてコスト高となってしまう。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、意匠性や滑り止めなどの機能性が要求される凹凸模様鋼板を多段圧延によって製造するにあたり、凹凸模様形状によらずワークロールの耐久性を落とすことなく、低コストでの凹凸模様鋼板の工業生産を可能とする方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の表面に凹凸模様を有する鋼板の製造方法は、その目的を達成するため、表面に凹凸部を有したワークロールを用いた多段圧延機で圧延して金属帯板表面に凹凸模様を形成する際、胴長方向の一部を小径化した部位に凹凸部を有するロールを少なくとも一方のワークロールとして用いた多段圧延機で圧延することを特徴とする。
ワークロールとしては、下記（１）式を満たすロールを用いることが好ましい。
（Ｄ−ｄ）／２＜ｔ・・・（１）
ただし、ｄ：ワークロール凹凸部の最大外径、Ｄ：ワークロール大径部の外径、ｔ：被加工金属帯板の板厚
なお、ワークロールは、ロールの胴長方向の両側部を残し中央部のみ小径化したロールでもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、胴長方向の一部を小径化した部位に凹凸部を有するロールをワークロールとして用いているため、その凸部がバックアップロールに接触することがなくなる。
したがって、表面に凸部を有する形状が付与されているロールをワークロールとして用いても、従来発生するようなワークロール凸部の摩耗が抑制され、ワークロールの耐久性を低下させることがなく、長期にわたって安定的に凹凸模様を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の凹凸模様鋼板の製造方法を示す概略図
【図２】凹部よりも凸部の面積が大きい場合のワークロールの一例を示す概略図
【図３】凹部よりも凸部の面積が小さい場合のワークロールの一例を示す概略図
【図４】特許文献１で提案されている４段の圧延ロール
【図５】本発明において４段圧延を示す概略図
【図６】本発明において６段圧延を示す概略図
【図７】実施例において本発明のワークロール形状を示す概略図
【図８】実施例において従来のワークロール形状を示す概略図
【図９】実施例において本発明および従来のワークロールで圧延加工された凹凸模様鋼板の凹凸差の測定結果
【発明を実施するための形態】
【００１４】
前記した通り、ワークロール表面に形成した凹凸部の摩耗を抑制するには、特許文献１で提案された技術を参考として、ワークロール表面に凹凸を形成し、バックアップロールのワークロール凹凸に対応する部位の径を小さくすることも想定できる。
しかしながら、特許文献１で提案された技術を凹凸模様の形成に転用しようとすると種々の問題点があり、結果として表面に凹凸模様を有する鋼板の製造コストは高くなってしまう。
そこで、本発明者らは、胴長方向の一部を小径化した部位に形成した凹凸部を有するロールをワークロールとして用い、バックアップロールとしては通常のフラットなロールを用いて多段圧延することにして、凸部の摩耗を抑制した。
以下にその詳細を説明する。
【００１５】
ワークロールとして用いるロールの表面に設ける凹凸模様は、胴長方向の一部を小径化した部位に形成する。小径化する手段としてはエッチング加工法でもよいし、切削であってもよい。
ロール表面を小径化し凹凸部を形成することで、形成された凹凸部（小径部）の最大ロール径ｄは未加工部（大径部）のロール径Ｄに対してｄ＜Ｄとなってバックアップロールとの接触が回避できるため凸部の摩耗は低減される。
【００１６】
凹凸を形成するワークロールの胴長方向の位置は特に制限はない。これは主として材料に付与すべき凹凸形状の板幅方向位置によって決まるものである。ただし、被加工鋼板をロールの胴長方向中央部に通板しようとすると、ワークロールを小径化する位置は、ロールの胴長方向の両側部を残し中央部のみとすることが好ましい。ロールの胴長方向両側部の凹凸部を形成しない部位の胴長が極端に短いと、バックアップロールが支える領域が少なくなりたわみを抑制する本来の機能を果たしにくくなるため、凹凸を設ける胴長方向の長さは全胴長の１／３程度以下とすることが望ましい。
【００１７】
また凹凸部を形成しない部分（大径部）に対する凹凸部の最大外径の縮小量は、図５に示すｄ（ワークロール凹凸部の最大外径）、Ｄ（ワークロール大径部の外径）、ｔ（被加工金属帯の板厚）に関して、（Ｄ−ｄ）／２＜ｔを満足すれば特に限定しない。この関係が成立しない場合、圧延そのものが不可能になる。ｄ≪Ｄとするほど、ワークロールの断面剛性が低下してたわみが生じやすくなるため、バックアップロールに接触しない範囲で縮小量、すなわち凹部の刻み深さを設定することが望ましい。
前記した通り、バックアップロールとしては通常のフラットなロールを用いる。
なお、本発明は一方のワークロールのみに適用しても良いし、両方でも良い。さらに圧延形式に関しても４段をはじめ、図６に示すような６段、更には２０段など多段圧延であれば特に限定しない。
【実施例】
【００１８】
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
素材としてＳＵＳ３０４の、板厚２ｍｍで、予め板幅９５ｍｍにスリットしたコイルを用いた。圧延機は４段圧延機を用い、凹凸形状は上ワークロールに図７に示す円錐状の突起を有したロールをセットした。円錐状の突起は最大直径φ５ｍｍ、高さ１ｍｍ、円周方向と胴長方向ともにピッチ１０ｍｍとしエッチング加工により形成した。
ワークロールの胴部全長３００ｍｍに対し、その中央部１００ｍｍの領域に突起を設けた。また突起の先端を含む最大外径は、凹凸形状を付与していない領域の外径φ１１０ｍｍよりも直径で２ｍｍ小さいφ１０８ｍｍとした。また本発明の効果を把握するため、図８に示すように、胴長全長に図７と同一の突起を設けたワークロールを用意した。
【００１９】
以上の２種類のワークロールを用いてそれぞれ２０００ｍの距離を圧延加工し、材料に形成された凹凸の深さ（凹凸差）を圧延距離ごとに調査した。２種類の条件ともワークロールベンダーを使用し、圧延出側での板形状が両者で同程度となるようワークロールベンダー力を適宜調整した。図９は圧延材に形成された凹凸差に及ぼす圧延距離の影響を示す。
本発明のワークロールで圧延した場合には凹凸差の減少が圧延距離２０００ｍで約０.１ｍｍであったのに対し、従来のワークロールの場合には圧延距離１０００ｍで約０.８ｍｍと大幅に凹凸差が減少した。
圧延加工終了後の従来のワークロールは、本発明のワークロールに比較して明らかに突起の高さが減少していた。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹凸部を有したワークロールを用いた多段圧延機で圧延して金属帯板表面に凹凸模様を形成する際、胴長方向の一部を小径化した部位に凹凸部を有するロールを少なくとも一方のワークロールとして用いた多段圧延機で圧延することを特徴とする表面に凹凸模様を有する鋼板の製造方法。
【請求項２】
ワークロールとして、下記（１）式を満たすロールを用いる請求項１に記載の表面に凹凸模様を有する鋼板の製造方法。
（Ｄ−ｄ）／２＜ｔ・・・（１）
ただし、ｄ：ワークロール凹凸部の最大外径、Ｄ：ワークロール大径部の外径、ｔ：被加工金属帯板の板厚
【請求項３】
ワークロールとして、ロールの胴長方向の両側部を残し中央部のみ小径化したロールを用いる請求項１又は２に記載の表面に凹凸模様を有する鋼板の製造方法。

【図１】