特許 7587145 冷間圧延における圧延潤滑方法及び圧延潤滑装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-12

(45)【発行日】2024-11-20

(54)【発明の名称】冷間圧延における圧延潤滑方法及び圧延潤滑装置

(51)【国際特許分類】

   B21B 27/10 20060101AFI20241113BHJP

   B21B 45/02 20060101ALI20241113BHJP

   B21B 1/22 20060101ALI20241113BHJP

   G01B 11/06 20060101ALI20241113BHJP

【ＦＩ】

B21B27/10 B

B21B45/02 310

B21B1/22 L

G01B11/06 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021039225

(22)【出願日】2021-03-11

(65)【公開番号】P2022139023

(43)【公開日】2022-09-26

【審査請求日】2023-11-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100187702

【弁理士】

【氏名又は名称】福地 律生

(74)【代理人】

【識別番号】100162204

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 学

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(72)【発明者】

【氏名】志村 眞弘

(72)【発明者】

【氏名】井上 剛

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼▲濱▼ 義久

【審査官】瀧澤 佳世

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２０５４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５４２０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７５５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０２１３０６２３（ＥＰ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１６８６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８９６５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｂ ２７／１０

Ｂ２１Ｂ ４５／０２

Ｂ２１Ｂ １／２２

Ｇ０１Ｂ １１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蛍光物質を含む圧延油を圧延機の入側から鋼板及び作業ロールに供給する工程、
前記圧延機の出側に配置された蛍光顕微鏡を用いて前記鋼板の表面に存在する圧延油からの蛍光強度を測定する工程、
測定された蛍光強度と、予め求められた蛍光強度と圧延油の油膜厚さの関係とに基づいて前記鋼板上の油膜厚さｈの分布を算出する工程、
前記油膜厚さｈと、下記式１：
ｈ_b＝０．５×√（Ｒ_roll ²＋Ｒ_strip ²） ・・・式１
（式中、Ｒ_roll及びＲ_stripはそれぞれ圧延に供する作業ロール及び鋼板の表面の算術平均粗さである）で定義される境界潤滑閾値ｈ_bとに基づいて、前記蛍光顕微鏡によって撮影される全体面積に対し、ｈ＜ｈ_bとなる面積の割合を接触率αとして算出する工程、
前記接触率αと前記鋼板に固有の境界摩擦係数μ_bから下記式２：
μ＝α×μ_b ・・・式２
により算出される前記鋼板と前記作業ロールとの間の摩擦係数μを所定の範囲内に制御する制御工程
を含むことを特徴とする、冷間圧延における圧延潤滑方法。

【請求項2】

前記制御工程が前記圧延油の供給量又は濃度を調整することにより行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記蛍光顕微鏡が前記圧延機の出側の鋼板と同じ速度で走行することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷間圧延における圧延潤滑方法及び圧延潤滑装置に関する。

【背景技術】

【0002】

冷間圧延においては、圧延操業の安定化、製品の形状品質及び表面品質の向上、焼付き及びスリップの防止、並びに作業ロールの長寿命化等を目的として、鋼板と作業ロールとの間の摩擦係数を適切な範囲に維持するために、一般的に圧延機内の圧延スタンドの入側において鋼板及び作業ロールに潤滑油（圧延油）が供給されている。

【0003】

一方で、鋼板や作業ロールの表面粗さ、温度等の要因によってロールバイト（鋼板と作業ロールが接触している加工域）への圧延油の導入量が変化することが知られている。このような圧延油の導入量変化は、鋼板と作業ロールとの間の摩擦係数の変動に繋がり、ひいては鋼板と作業ロール間での荷重変動によるゲージハンチング（板厚変動）やチャタリング（圧延機の異常振動）などの問題を引き起こす原因となる場合がある。したがって、鋼板と作業ロールとの間の摩擦係数を適切な範囲に制御して、当該摩擦係数の変動を抑制することが安定な圧延操業を実現する上で重要である。鋼板と作業ロールとの間の摩擦係数を適切な範囲に制御するためには、圧延油が量的に適切に鋼板及び作業ロールに供給されているか否かを検出する必要がある。

【0004】

これに関連して、油や潤滑剤などの検出に関する従来技術が幾つか知られている。例えば、特許文献１では、製造品中の油または潤滑剤の汚染を検出する方法であって、前記製品用の加工機械中に含有される油または潤滑剤に蛍光タガントを添加するステップと、赤外検出装置を通過して前記製品を運搬するステップと、前記製品が前記検出装置を通過する時に、前記検出装置から赤外線を前記製品に照射するステップと、前記照射された製品から放出される赤外線を検出するステップとを含む方法が記載されている。

【0005】

特許文献２では、例えば、光量の少ない状況で部品を用いる場合に、部品に滑性を与えかつ部品の位置を決定できるようにするために、対象物に液体として適用され、乾燥して固体コーティングを形成する蛍光滑剤が提案されている。

【0006】

特許文献３では、水性ベース成分及び場合により潤滑成分を含有する金属塑性加工用の塗布型水性潤滑皮膜形成剤において、水性蛍光染料を更に含有することを特徴とする潤滑皮膜形成剤が記載されている。さらに、特許文献３では、このような潤滑皮膜形成剤によれば、塗布前後において蛍光材料の均一分散性が担保されると共に、塑性加工前後においても皮膜中の蛍光材料の均一分散性が担保されるため、単に紫外線を照射し発光を測定するだけで、潤滑皮膜の密着性等を加工現場で簡便に調査できることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１７－１６１５３０号公報

【文献】特開２００３－３１３５７７号公報

【文献】特開２００７－２７７４６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１～３では、蛍光物質を用いてそれが含まれる油や潤滑皮膜等の検出を行うことが提案されているものの、検出される油等の定量的な測定や分析は十分にはなされておらず、また、提案される技術的事項を鋼板の圧延潤滑プロセスにおいて適用することについても何ら教示も示唆もされていない。

【0009】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、新規な構成により、改善された圧延潤滑を実現することができる冷間圧延における圧延潤滑方法及び圧延潤滑装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成する本発明は下記のとおりである。
（１）蛍光物質を含む圧延油を圧延機の入側から鋼板及び作業ロールに供給する工程、
前記圧延機の出側に配置された蛍光顕微鏡を用いて前記鋼板の表面に存在する圧延油からの蛍光強度を測定する工程、
測定された蛍光強度と、予め求められた蛍光強度と圧延油の油膜厚さの関係とに基づいて前記鋼板上の油膜厚さｈの分布を算出する工程、
前記油膜厚さｈと、下記式１：
ｈ_b＝０．５×√（Ｒ_roll ²＋Ｒ_strip ²） ・・・式１
（式中、Ｒ_roll及びＲ_stripはそれぞれ圧延に供する作業ロール及び鋼板の表面の算術平均粗さである）で定義される境界潤滑閾値ｈ_bとに基づいて、前記蛍光顕微鏡によって撮影される全体面積に対し、ｈ＜ｈ_bとなる面積の割合を接触率αとして算出する工程、
前記接触率αと前記鋼板に固有の境界摩擦係数μ_bから下記式２：
μ＝α×μ_b ・・・式２
により算出される前記鋼板と前記作業ロールとの間の摩擦係数μを所定の範囲内に制御する制御工程
を含むことを特徴とする、冷間圧延における圧延潤滑方法。
（２）前記制御工程が前記圧延油の供給量又は濃度を調整することにより行われることを特徴とする、上記（１）に記載の方法。
（３）前記蛍光顕微鏡が前記圧延機の出側の鋼板と同じ速度で走行することを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の方法。
（４）鋼板を圧延するための作業ロールを備えた圧延機、
前記圧延機の入側に配置され、蛍光物質を含む圧延油を前記鋼板及び作業ロールに供給するための供給装置、
前記圧延機の出側に配置された蛍光顕微鏡、並びに
前記蛍光顕微鏡からの信号に基づいて前記供給装置からの圧延油の供給を制御するための制御装置
を備えたことを特徴とする、冷間圧延における圧延潤滑装置。

【発明の効果】

【0011】

本発明の冷間圧延における圧延潤滑方法及び圧延潤滑装置によれば、圧延後の鋼板上に存在する圧延油に含まれる蛍光物質から放出される蛍光強度を測定することにより、ロールバイト内部の鋼板と作業ロールとの間の接触状態を適切に評価することができる。ロールバイト内部の鋼板と作業ロールとの間の接触状態を適切に評価することで、これらの間の摩擦係数を決定することができる。したがって、本発明の冷間圧延における圧延潤滑方法及び圧延潤滑装置によれば、当該摩擦係数が所定の範囲内に制御されるように圧延油の供給を調整することができ、それにより、冷間圧延において、焼付きやスリップ、さらにはゲージハンチングやチャタリング等の圧延不良を引き起こすことなく、安定な圧延操業を実現することが可能となる。加えて、冷間圧延に供される鋼種が変更され、通常であれば安定な圧延操業を実現するための調整に時間を要し、歩留まりの低下を招くような状況下であっても、圧延油の供給制御を行わない従来の冷間圧延の場合と比較して、歩留まりの低下を抑制しつつより早期に安定な圧延操業を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る冷間圧延における圧延潤滑装置を示す模式図である。

【図2】露光時間０．５秒において実験的に求めた蛍光強度と圧延油の油膜厚さの関係を示すグラフである。

【図3】作業ロールと鋼板表面の合成粗さを模式的に示した図である。

【図4】蛍光顕微鏡からの信号に基づいて算出された境界潤滑領域の面積を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜冷間圧延における圧延潤滑方法＞
本発明の実施形態に係る冷間圧延における圧延潤滑方法は、
蛍光物質を含む圧延油を圧延機の入側から鋼板及び作業ロールに供給する工程、
前記圧延機の出側に配置された蛍光顕微鏡を用いて前記鋼板の表面に存在する圧延油からの蛍光強度を測定する工程、
測定された蛍光強度と、予め求められた蛍光強度と圧延油の油膜厚さの関係とに基づいて前記鋼板上の油膜厚さｈの分布を算出する工程、
前記油膜厚さｈと、下記式１：
ｈ_b＝０．５×√（Ｒ_roll ²＋Ｒ_strip ²） ・・・式１
（式中、Ｒ_roll及びＲ_stripはそれぞれ圧延に供する作業ロール及び鋼板の表面の算術平均粗さである）で定義される境界潤滑閾値ｈ_bとに基づいて、前記蛍光顕微鏡によって撮影される全体面積に対し、ｈ＜ｈ_bとなる面積の割合を接触率αとして算出する工程、
前記接触率αと前記鋼板に固有の境界摩擦係数μ_bから下記式２：
μ＝α×μ_b ・・・式２
により算出される前記鋼板と前記作業ロールとの間の摩擦係数μを所定の範囲内に制御する制御工程
を含むことを特徴としている。

【0014】

先に述べたとおり、冷間圧延においては、鋼板と作業ロールとの間の摩擦係数を適切な範囲に維持するために、一般的に圧延機内の圧延スタンドの入側において鋼板及び作業ロールに圧延油が供給されている。これに関連して、例えば、圧延油の供給量が少ないと、摩擦係数が大きくなり、鋼板と作業ロールが直接接触していわゆる焼付きが生じたり、圧延荷重の増大に繋がったりすることがある。一方で、圧延油の供給量が多いと、摩擦係数が小さくなり、作業ロールに対して鋼板が滑る現象、いわゆるスリップが発生したり、チャタリング（圧延機の異常振動）が発生したりすることがある。圧延油の過不足によって生じるこれらの現象のいずれも鋼板表面の疵や品質低下の原因となり得ることから、ロールバイト内部の鋼板と作業ロールとの間の摩擦係数を所望の範囲内に制御して安定な圧延操業を実現するためには、圧延油の供給量を適切に調整することが重要となる。

【0015】

しかしながら、先に述べたとおり、鋼板や作業ロールの表面粗さ、温度等の要因によってロールバイトへの圧延油の導入量が変化することが知られており、適切な圧延油の供給量を決定すること自体が一般に容易ではない。一方で、ロールバイトへの圧延油の導入量が変化すると、鋼板と作業ロールとの間の摩擦係数の変動に繋がり、ひいては鋼板と作業ロール間での荷重変動によるゲージハンチングやチャタリングなどの問題を引き起こす原因となる場合もある。

【0016】

そこで、本発明者らは、外部からのエネルギーを光に変換する物質である蛍光物質に着目し、これを鋼板及び作業ロールに供給される圧延油に含ませ、当該蛍光物質から放出される蛍光強度（輝度）を圧延油の供給制御に利用することについて検討を行った。その結果として、本発明者らは、圧延後の鋼板上に存在する圧延油に含まれる蛍光物質から放出される蛍光強度を測定することにより、ロールバイト内部の鋼板と作業ロールとの間の接触状態を適切に評価することができることを見出した。ロールバイト内部の鋼板と作業ロールとの間の接触状態を適切に評価することで、これらの間の摩擦係数を決定することができる。したがって、当該摩擦係数が所定の範囲内に制御されるように圧延油の供給を調整することができ、それにより、冷間圧延において、焼付きやスリップ、さらにはゲージハンチングやチャタリング等の圧延不良を引き起こすことなく、安定な圧延操業を実現することが可能となる。加えて、冷間圧延に供される鋼種が変更され、通常であれば安定な圧延操業を実現するための調整に時間を要し、歩留まりの低下を招くような状況下であっても、圧延油の供給制御を行わない従来の冷間圧延の場合と比較して、歩留まりの低下を抑制しつつより早期に安定な圧延操業を実現することが可能となる。

【0017】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る冷間圧延における圧延潤滑方法についてより詳しく説明するが、これらの説明は、本発明の好ましい実施形態の単なる例示を意図するものであって、本発明をこのような特定の実施形態に限定することを意図するものではない。

【0018】

図１は、本発明の実施形態に係る冷間圧延における圧延潤滑装置を示す模式図である。図１を参照すると、本発明の実施形態に係る冷間圧延における圧延潤滑装置１０は、鋼板１を圧延するための作業ロール２を備えた圧延機４、圧延機４の入側に配置され、蛍光物質を含む圧延油を鋼板１及び作業ロール２に供給するための供給装置５、圧延機４の出側に配置された蛍光顕微鏡６、並びに蛍光顕微鏡６からの信号に基づいて供給装置５からの圧延油の供給を制御するための制御装置７を備えており、当該制御装置７は、供給装置５及び蛍光顕微鏡６と電気的に接続されている。なお、圧延機４は、図１に示すように作業ロール２を支持するためのバックアップロール３をさらに備えていてもよい。図１では、理解を容易にするため、圧延機４として１つの圧延スタンドのみから構成される圧延機を示しているが、圧延機４はこのような圧延機には必ずしも限定されず、複数の圧延スタンドから構成されるタンデム形式の圧延機であってもよい。また、圧延機４が複数の圧延スタンドから構成される場合には、供給装置５及び蛍光顕微鏡６は、それぞれ各圧延スタンドの入側及び出側に配置されていてもよいし、又は一部の圧延スタンドの入側及び出側のみに配置されていてもよい。

【0019】

図１を参照してより具体的に説明すると、冷間圧延における圧延潤滑装置１０を用いた圧延潤滑方法では、まず、蛍光物質を含む圧延油が供給装置５によって圧延機４の入側から鋼板１及び作業ロール２に供給される。次いで、鋼板１が圧延されて圧延機４の出側に通板され、当該圧延機４の出側に配置された蛍光顕微鏡６を用いて鋼板１の表面に存在する圧延油からの蛍光強度が測定される。ここで、蛍光強度は、同じ露光時間で測定した場合には、油膜厚さが大きくなるにつれてその値が大きくなることから、蛍光強度と圧延油の油膜厚さの関係を検量線や関係式の形式にて実験的に予め求めておくことができる。このようにして実験的に予め求められた蛍光強度と圧延油の油膜厚さの関係と、実際の冷間圧延プロセスにおいて測定された蛍光強度とに基づいて、制御装置７により鋼板１上の油膜厚さｈの分布が算出される。

【0020】

次に、得られた油膜厚さｈの分布を、制御装置７において、後で詳しく説明される境界潤滑閾値ｈ_bと比較する。ここで、圧延した鋼板１上には圧延油が比較的多く存在する流体潤滑と呼ばれる領域と、圧延油が全く存在しないか又は十分には存在しない境界潤滑と呼ばれる領域があり、それらの境界が境界潤滑閾値ｈ_bとなる。したがって、油膜厚さｈの分布を境界潤滑閾値ｈ_bと比較することにより、ｈ＜ｈ_bとなる面積を圧延油が全く存在しないか又は十分には存在しない境界潤滑領域の面積、すなわち鋼板１と作業ロール２が接触する面積とみなしてその値を算出することができる。このようにして得られた境界潤滑領域の面積を蛍光顕微鏡６によって撮影される全体面積に対する割合に換算することで、鋼板１と作業ロール２の接触率αが算出される。

【0021】

一方、鋼板１は固有の境界摩擦係数μ_bを有することから、先に求めた接触率αと当該境界摩擦係数μ_bから、制御装置７によりロールバイト内部の鋼板１と作業ロール２との間の摩擦係数μが算出される。最後に、算出された摩擦係数μが、所定の範囲内にあるか否かが制御装置７において判断される。そして、算出された摩擦係数μが小さい場合には、制御装置７により供給装置５からの圧延油の供給量を減らすなどして摩擦係数μが大きくなるように制御される。一方で、算出された摩擦係数μが大きい場合には、制御装置７により供給装置５からの圧延油の供給量を増やすなどして摩擦係数μが小さくなるように制御される。このような圧延油の供給制御を行うことで、冷間圧延において、焼付きやスリップ、さらにはゲージハンチングやチャタリング等の圧延不良を引き起こすことなく、安定な圧延操業を実現することが可能となり、また、このような圧延油の供給制御を行わない従来の冷間圧延の場合と比較して、歩留まりの低下を抑制しつつより早期に安定な圧延操業を実現することが可能となる。以下、本発明の実施形態に係る冷間圧延における圧延潤滑方法の各工程についてより詳しく説明する。

【0022】

［圧延油の供給工程］
本発明の実施形態に係る冷間圧延における圧延潤滑方法では、まず、蛍光物質を含む圧延油が圧延機の入側から鋼板及び作業ロールに供給される。蛍光物質を含む圧延油を使用することで、圧延後の鋼板上に存在する圧延油中の当該蛍光物質から放出される蛍光強度に基づいてロールバイト内部の鋼板と作業ロールとの間の接触状態を適切に評価することができる。

【0023】

［蛍光物質］
上記の蛍光物質は、外部からのエネルギーを光に変換することができる当業者に公知の任意の物質であってよく、特に限定されないが、例えば、ＣｄＴｅ／ＣｄＳｅ、ＣｄＳ（Ｓｅ）／ＣｄＴｅ、ＣｄＳ（Ｓｅ）／ＺｎＴｅ、ＣｕＩｎＳ（Ｓｅ）／ＺｎＳ（Ｓｅ）、Ｃｕ（ＧａＩｎ）Ｓ（Ｓｅ）／ＺｎＳ（Ｓｅ）、ＺｎＴｅ／ＣｄＳ（Ｓｅ）、ＧａＳｂ／ＧａＡｓ、ＧａＡｓ／ＧａＳｂ、Ｇｅ／Ｓｉ、Ｓｉ／Ｇｅ、ＰｂＳｅ／ＰｂＴｅ、ＰｂＴｅ／ＰｂＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｕＩｎＳ、ＣｕＧａＳ、Ｃｕ（Ｇａ、Ｉｎ）Ｓ、ＣｕＧａＳｎＳ（Ｓｅ）、ＣｕＧａＳ（Ｓｅ）、ＣｕＳｎＳ（Ｓｅ）、ＺｎＳ、ＣｕＩｎＳｅ、ＣｕＧａＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＰｂＴｅ、及びＰｂＳｅからなる群より選択される少なくとも１種を含むことができる。

【0024】

蛍光物質の粒子サイズは、圧延油の機能を阻害しない範囲内の任意の粒子サイズであってよく、特に限定されないが、一般的には１～１００ｎｍ、例えば１～５０ｎｍであってよい。同様に、圧延油中の蛍光物質の濃度は、圧延油の機能を阻害しない範囲内で適切に選択すればよく、特に限定されないが、一般的には０．０１～０．５０ｍｇ／ｍｌ、例えば０．０５～０．３０ｍｇ／ｍｌであってよい。上記の蛍光物質を含む圧延油は、任意の適切な供給装置、例えば供給ノズルを用いて圧延機の入側から鋼板及び作業ロールに供給される。圧延機が複数の圧延スタンドから構成されるタンデム形式の圧延機である場合には、各圧延スタンドの入側から圧延油を鋼板及び作業ロールに供給してもよいし、又は一部の圧延スタンドの入側からのみ圧延油を鋼板及び作業ロールに供給してもよい。

【0025】

例えば、圧延機が複数の圧延スタンドから構成されるタンデム形式の圧延機である場合には、各圧延スタンドによって圧下率が異なることがある。このような場合には、各圧延スタンドにおいて圧延荷重が異なり、圧延荷重負荷が大きな圧延スタンドにおいては、一般に圧延油が供給過多になる傾向がある。このような観点から、例えば、タンデム形式の圧延機の場合には、圧延荷重負荷が大きく、それゆえ適切な圧延油の供給制御が特に必要とされる一部の圧延スタンドにおいてのみ、本発明に係る圧延油の供給制御を行うようにしてもよい。

【0026】

［鋼板］
本発明の実施形態に係る圧延潤滑方法は、冷間圧延を実施することができる任意の化学組成及び特性を有する鋼板、例えば、極低炭素鋼（いわゆるＩＦ鋼）や、軟質なフェライト相と硬質なマルテンサイト相の複合組織で構成されたＤＰ鋼からなる鋼板など、化学組成や引張強度などの特性が異なる任意の鋼板に適用することができ、そしてこのような任意の化学組成を有する鋼板に対して同様の効果を達成することができる。また、鋼板の板厚は、冷間圧延に適した任意の板厚であってよく、特に限定されないが、一般的には１．０～４．０ｍｍ、例えば１．０～３．０ｍｍであってよい。

【0027】

化学組成や引張強度などの特性が異なる鋼板を同じ圧延設備において冷間圧延する場合には、鋼種を切り替える際に、当該鋼種に応じて圧延油の適切な供給量などが変化することから、安定な圧延操業を実現するための調整に時間を要することがある。このような場合には、単に時間を要するだけでなく、その間に製造された製品を廃棄しなければならなくなることがあるため、歩留まりの低下を招く虞がある。しかしながら、本発明の実施形態に係る圧延潤滑方法によれば、鋼種が変更された場合でも、当該鋼種について予め求められた蛍光強度と圧延油の油膜厚さの関係や、当該鋼種からなる鋼板表面の算術平均粗さ、さらには当該鋼板に固有の境界摩擦係数μ_bなどの情報から、ロールバイト内部の鋼板と作業ロールとの間の摩擦係数μを素早くかつ比較的容易に算出することが可能である。したがって、本圧延潤滑方法によれば、冷間圧延を行う鋼種が変更された場合であっても、従来の冷間圧延の場合と比較して、歩留まりの低下を抑制しつつより早期に安定な圧延操業を実現することが可能となる。

【0028】

［蛍光強度の測定工程］
次に、鋼板は圧延されて圧延機の出側に通板され、当該圧延機の出側に配置された蛍光顕微鏡を用いて鋼板の表面に存在する圧延油からの蛍光強度が測定される。適切な露光時間を確保して十分な蛍光強度を得るためには、蛍光顕微鏡は、例えば、図１において蛍光顕微鏡６に関連して矢印で示すように、圧延機の出側の鋼板と同じ速度で走行することが好ましい。圧延機の出側の鋼板と同じ速度で走行することで、鋼板との相対速度をゼロにして撮影することができるため、測定位置において適切な露光時間を確保することが可能となる。このような走行速度は、一般的には２０００ｍ／分以下、例えば４８０～１８００ｍ／分（８～３０ｍ／秒）又は６００～１２００ｍ／分（１０～２０ｍ／秒）であってよい。また、露光時間は、蛍光顕微鏡の性能に応じて任意の適切な時間を選択すればよく、特に限定されないが、一般的には０．０５～１．０秒、例えば０．１～０．５秒であってよい。なお、蛍光強度は、露光時間が長くなるにつれてその値が大きくなることから、圧延機の出側に配置された蛍光顕微鏡による露光時間は、後で説明される予め実験的に求められた蛍光強度と同じ露光時間とする必要がある。

【0029】

蛍光顕微鏡による測定は、鋼板の幅方向中央部に対して行うことが好ましい。鋼板の幅方向端部では圧延油が不規則な状態でまとわりついたりしている場合があり、安定な測定を行うことができない虞があるからである。また、複数の蛍光顕微鏡を圧延機の出側に配置して蛍光強度の測定を行ってもよい。蛍光顕微鏡によって観察することができる視野の大きさは一般的には数十μｍ×数十μｍ、例えば５０μｍ×５０μｍ程度である。このため、複数の蛍光顕微鏡によってロールバイト内部の鋼板と作業ロールとの間の接触状態をモニタリングし、それらの測定結果を圧延油の供給制御に反映させることで、より精度の高い制御を実現することが可能となる。蛍光顕微鏡としては、当業者に公知の適切な蛍光顕微鏡を使用することができ、特に限定されないが、例えば、落射型蛍光顕微鏡や光電子増倍管等の検出器が取り付けられた共焦点レーザー顕微鏡等を使用することができる。

【0030】

［油膜厚さ分布の算出工程］
次に、先の工程で測定された蛍光強度と、予め求められた蛍光強度と圧延油の油膜厚さの関係とに基づいて鋼板上の油膜厚さｈの分布が算出される。先に述べたとおり、蛍光強度は、同じ露光時間で測定した場合には、油膜厚さが大きくなるにつれてその値が大きくなることから、蛍光強度と圧延油の油膜厚さの関係を検量線や関係式の形式にて実験的に予め求めておくことができる。

【0031】

図２は、露光時間０．５秒において実験的に求めた蛍光強度と圧延油の油膜厚さの関係を示すグラフである。図２では、鋼片上に厚さ０～２．４μｍの油膜をそれぞれ形成した試料を蛍光顕微鏡によって露光時間０．５秒で測定した際に得られる蛍光強度がプロットされている。図２の結果から、露光時間を一定とした場合には、蛍光顕微鏡によって測定される蛍光強度は、油膜厚さが厚くなるにつれてその値が大きくなっており、すなわち蛍光強度は油膜厚さと一定の相関関係を示すことがわかる。そこで、実際の冷間圧延プロセスにおいて圧延機の出側に配置される蛍光顕微鏡と同じ露光時間で予め実験的に蛍光強度と油膜厚さの関係を検量線や関係式の形式にて求めておくことで、実際の冷間圧延プロセスにおいて測定された蛍光強度から、圧延後の鋼板上の油膜厚さｈの分布を算出することが可能となる。

【0032】

［接触率αの算出工程］
次に、得られた油膜厚さｈの分布を境界潤滑閾値ｈ_bと比較することにより接触率αが算出される。先に述べたとおり、圧延した鋼板上には圧延油が比較的多く存在する流体潤滑と呼ばれる領域と、圧延油が全く存在しないか又は十分には存在しない境界潤滑と呼ばれる領域があり、それらの境界が境界潤滑閾値ｈ_bとなる。

【0033】

冷間圧延プロセスでは、鋼板及び作業ロールは、それぞれある特定の表面粗さを有しているため、このような表面粗さに起因してロールバイトへの圧延油の導入量が影響を受けそして変化することが知られている。このような鋼板及び作業ロールの表面粗さを考慮に入れた場合には、ロールバイトに導入される圧延油の量は、流体力学的な動的効果よりはむしろ、鋼板及び作業ロール表面の凹部に捕捉される効果の方が大きくなり、ほぼその効果によって境界潤滑領域における境界潤滑閾値ｈ_bが決定されることになる。より具体的には、境界潤滑閾値ｈ_bは、下記式１：
ｈ_b＝０．５×√（Ｒ_roll ²＋Ｒ_strip ²） ・・・式１
（式中、Ｒ_roll及びＲ_stripはそれぞれ圧延に供する作業ロール及び鋼板の表面の算術平均粗さである）で定義されるように、作業ロール及び鋼板表面の二乗平均粗さの合成粗さの１／２となる（例えば、小豆島 明，「表面粗さを考慮に入れた油膜厚みの解析と測定－冷間圧延における摩擦と潤滑の研究 Ｖ－」，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＪＳＴＰ，ｖｏｌ．３６，ｎｏ．４１４（１９９５－７），ｐｐ．７３７－７４２を参照）。

【0034】

より詳しく説明すると、まず、作業ロールと鋼板の合成粗さは、√（Ｒ_roll ²＋Ｒ_strip ²）（式中、Ｒ_roll及びＲ_stripはそれぞれ圧延に供する作業ロール及び鋼板の表面の算術平均粗さである）で表すことができ、図３はこれを模式的に示した図である。図３を参照すると、図３（ａ）に示す作業ロール２の表面の算術平均粗さＲ_rollと鋼板１の表面の算術平均粗さＲ_stripを、図３（ｂ）に示すように、作業ロール２の表面を鏡面にすることにより鋼板１の表面に合成して、√（Ｒ_roll ²＋Ｒ_strip ²）で表される作業ロール２と鋼板１の合成粗さに換算することができる。流体潤滑と境界潤滑の境界である境界潤滑閾値ｈ_bは、このような合成粗さの凹部に捕捉される圧延油の量に依存することとなり、より具体的に当該合成粗さの１／２となる。

【0035】

本工程では、先の工程で算出された油膜厚さｈの分布を上記の境界潤滑閾値ｈ_bと比較することにより、ｈ＜ｈ_bとなる面積については、圧延油が全く存在しないか又は十分には存在しない境界潤滑領域の面積、すなわち鋼板と作業ロールが接触する面積とみなしてその値を算出することができる。このようにして得られた境界潤滑領域の面積を蛍光顕微鏡によって撮影される全体面積に対する割合に換算することで、鋼板と作業ロールの接触率αを算出することができる。全面積が境界潤滑領域である場合、すなわち全面積がｈ＜ｈ_bである場合には、接触率αは１であり、一方で、全面積が流体潤滑領域である場合、すなわち全面積がｈ＞ｈ_bである場合には、接触率αは０となる。

【0036】

図４は、蛍光顕微鏡からの信号に基づいて算出された境界潤滑領域の面積を示す図である。色の濃い領域は圧延油の量が少なく、境界摩擦領域となっている部分を示す。図４の全体面積は、蛍光顕微鏡によって撮影された全体面積に相当し、それゆえ図４の例の場合、画像処理により接触率αは０．６５４と算出することができる。

【0037】

［摩擦係数μの制御工程］
次に、得られた接触率αと鋼板に固有の境界摩擦係数μ_bから下記式２：
μ＝α×μ_b ・・・式２
によりロールバイト内部の鋼板と作業ロールの間の摩擦係数μが算出される。ここで、境界摩擦係数μ_bは、鋼板に固有の摩擦係数でありバウデン試験などの摩擦試験により事前に測定することが可能である。例えば、一般鋼の場合、境界摩擦係数μ_bは約０．１６０～約０．２００である。

【0038】

最後に、算出された摩擦係数μが、所定の範囲内、より詳しくは、スリップやチャタリング、さらには焼付きや圧延荷重の増大等の圧延不良を生じない安定な圧延操業を実現するための好ましい範囲内にあるか否かが判断される。摩擦係数μの好ましい範囲は、鋼板の化学組成や特性、さらには使用する圧延機などによっても変化するため、具体的には鋼種及び使用する圧延設備ごとに実際の圧延操業を実施する中で適切な摩擦係数μの範囲を決定する必要がある。したがって、任意の鋼板及び圧延機に適用できる摩擦係数μの好ましい範囲を規定することはできないものの、一般的には摩擦係数μは０．０４０～０．０７０の範囲内に制御することが好ましく、０．０４５～０．０６５の範囲内に制御することがより好ましい。例えば、算出された摩擦係数μが０．０４０よりも小さい場合には、スリップやチャタリングが発生するか又はその虞があるため、これらを防ぐために圧延機入側からの圧延油の供給量又は濃度を減らすなどして摩擦係数μが０．０４０以上となるように制御される。一方で、算出された摩擦係数μが０．０７０よりも大きい場合には、焼付きの発生や圧延荷重の増大が生じるか又はその虞があるため、これらを防ぐために圧延機入側からの圧延油の供給量又は濃度を増やすなどして摩擦係数μが０．０７０以下となるように制御される。

【0039】

＜冷間圧延における圧延潤滑装置＞
本発明の実施形態に係る冷間圧延における圧延潤滑装置は、
鋼板を圧延するための作業ロールを備えた圧延機、
前記圧延機の入側に配置され、蛍光物質を含む圧延油を前記鋼板及び作業ロールに供給するための供給装置、
前記圧延機の出側に配置された蛍光顕微鏡、並びに
前記蛍光顕微鏡からの信号に基づいて前記供給装置からの圧延油の供給を制御するための制御装置
を備えたことを特徴としている。

【0040】

［圧延機］
本発明の実施形態に係る圧延機は、鋼板を圧延するための作業ロールを備えた任意の圧延機であってよく、特に限定されないが、例えば、図１に示されるような１つの圧延スタンドのみから構成されるか、又は複数の圧延スタンドから構成されるタンデム形式の圧延機であってもよい。作業ロールは、任意の適切な直径を有することができ、特に限定されないが、一般的には３００～１０００ｍｍ、例えば４００～６００ｍｍの直径を有するものであってよい。また、圧延機は、図１に示すように作業ロールを支持するためのバックアップロールを備えていてもよい。

【0041】

［供給装置］
本発明の実施形態によれば、圧延機の入側に供給装置が配置され、当該供給装置によって蛍光物質を含む圧延油が鋼板及び作業ロールに供給される。蛍光物質を含む圧延油を使用することで、圧延後の鋼板上に存在する圧延油中の当該蛍光物質から放出される蛍光強度に基づいてロールバイト内部の鋼板と作業ロールとの間の接触状態を適切に評価することができる。このような供給装置としては、例えば、鋼板の幅方向に沿って１つ又は複数の供給ノズルを備えたものであってもよい。また、圧延機が複数の圧延スタンドから構成される場合には、供給装置は、各圧延スタンドの入側に配置してもよいし、又は一部の圧延スタンドの入側のみに配置してもよい。また、蛍光物質としては、圧延潤滑方法に関連して説明した物質を使用することができる。

【0042】

［蛍光顕微鏡］
本発明の実施形態によれば、圧延機の出側に蛍光顕微鏡が配置され、当該蛍光顕微鏡により圧延後の鋼板表面に存在する圧延油からの蛍光強度が測定される。蛍光顕微鏡としては、上記のとおり、当業者に公知の適切な蛍光顕微鏡を使用することができ、特に限定されないが、例えば、落射型蛍光顕微鏡や光電子増倍管等の検出器が取り付けられた共焦点レーザー顕微鏡等を使用することができる。

【0043】

圧延機入側の圧延油の供給装置が、鋼板の幅方向に沿って複数配置される場合には、蛍光顕微鏡もそれに対応して圧延機出側に複数配置してもよい。蛍光顕微鏡によって観察することができる視野の大きさは、上記のとおり、一般的には数十μｍ×数十μｍ、例えば５０μｍ×５０μｍ程度である。このため、複数の蛍光顕微鏡によってロールバイト内部の鋼板と作業ロールとの間の接触状態をモニタリングし、それらの測定結果を圧延油の供給制御に反映させることで、より精度の高い制御を実現することが可能となる。また、圧延機が複数の圧延スタンドから構成される場合には、蛍光顕微鏡は、各圧延スタンドの出側に配置してもよいし、又は一部の圧延スタンドの出側のみに配置してもよい。１つの圧延スタンドだけでなく、複数又は全ての圧延スタンドの入側及び出側に供給装置と蛍光顕微鏡を配置することで、これら複数の圧延スタンドについて本発明の実施形態に係る圧延潤滑方法を実施することができるため、より安定な圧延操業を実現することが可能となる。

【0044】

圧延潤滑方法に関連して説明したとおり、適切な露光時間を確保して十分な蛍光強度を得るためには、蛍光顕微鏡は、圧延機の出側の鋼板と同じ速度で走行することが好ましい。したがって、蛍光顕微鏡のこのような走行を可能とするために、例えば、圧延機の出側、より具体的には圧延スタンドの出側の上方に長さ数メートル、例えば１～５ｍ又は２～４ｍのレールを設け、当該レールに蛍光顕微鏡を設置することで、蛍光顕微鏡が圧延機出側の鋼板と同じ速度で走行するようにしてもよい。

【0045】

［制御装置］
制御装置は、所定のプログラムに基づいて演算を行う電子回路やコンピュータを備えており、これに圧延機入側の供給装置と圧延機出側の蛍光顕微鏡が電気的に接続されている。本発明の実施形態に係る圧延潤滑装置においては、当該制御装置は、蛍光顕微鏡からの信号と、予め求められた蛍光強度と圧延油の油膜厚さの関係とに基づいて圧延後の鋼板上の油膜厚さｈの分布を算出するとともに、当該油膜厚さｈと境界潤滑閾値ｈ_bとを比較することにより境界潤滑領域の面積を算出し、それを蛍光顕微鏡によって撮影される全体面積に対する割合に換算してロールバイト内部の鋼板と作業ロールの接触率αを算出する。次いで、制御装置は、得られた接触率αからロールバイト内部の鋼板と作業ロールとの間の摩擦係数μを算出し、最後に、算出された摩擦係数μが所定の範囲内にあるか否かを判断して、摩擦係数μが所定の範囲内にない場合には、供給装置からの圧延油の供給量を調整する。

【0046】

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

【実施例】

【0047】

以下の実施例では、本発明に係る冷間圧延における圧延潤滑方法及び圧延潤滑装置を用いて異なる鋼種の冷間圧延を実施し、鋼種を変更した際に安定した圧延操業を実現するまでに要する時間を調べた。

【0048】

［実施例］
５つの圧延スタンドを備えたタンデム形式の圧延機を使用したこと以外は図１に示す圧延潤滑装置と同じ圧延潤滑装置を使用した冷間圧延において、鋼種を引張強度が４４０ＭＰａ級の極低炭素鋼（ＩＦ鋼）の鋼板から引張強度が５９０ＭＰａ級の複合組織鋼（ＤＰ鋼）の鋼板に変更する試験を行った。一般的に圧延荷重負荷が大きく、これを下げるために圧延油が供給過多になりがちな第３圧延スタンド（上流側から３番目の圧延スタンド）に関する圧延油の供給量を調整するために、供給ノズル及び蛍光顕微鏡をそれぞれ第３圧延スタンドの入側及び出側に配置した。

【0049】

供給ノズルから供給される圧延油は、蛍光物質としてＮＮ－ＬＡＢＳ社製のＣｕＩｎＳ／ＺｎＳを０．２ｍｇ／ｍｌの濃度で含むものを使用した。蛍光顕微鏡は、鋼板の幅方向中央部を撮影することができるように、第３圧延スタンド出側の上方に設けられた約２ｍのレール上に設置し、レール上２ｍの距離だけ第３圧延スタンド出側の鋼板と同じ速度で走行して鋼板との相対速度をゼロにして撮影できるようにした。蛍光顕微鏡による露光時間は０．２秒とした。また、第３圧延スタンドの作業ロールの直径は４６０ｍｍであり、４４０ＭＰａ級ＩＦ鋼及び５９０ＭＰａ級ＤＰ鋼の両鋼板において、第３圧延スタンドの入側板厚は１．５ｍｍ、出側板厚は１．２ｍｍ、板幅は１０００ｍｍであった。また、圧延速度は６００ｍ／分（１０ｍ／秒）とした。

【0050】

５９０ＭＰａ級ＤＰ鋼についてスリップやチャタリング等の圧延不良が発生しない適切な摩擦係数μの範囲を事前の実機試験で調べたところ、その範囲は０．０４０～０．０７０であった。一方で、５９０ＭＰａ級ＤＰ鋼に固有の境界摩擦係数μ_bをバウデン試験機により事前に測定した結果、当該ＤＰ鋼の境界摩擦係数μ_bは０．１８０であった。これらの事前の試験結果を考慮すると、摩擦係数μを０．０４０～０．０７０の範囲内に制御するのに必要な接触率の範囲は、式２から逆算すると、α＝μ／μ_b≒０．２２２～０．３８９となることがわかる。一方、作業ロール表面の平均粗さＲ_rollと鋼板表面の平均表面粗さＲ_stripを測定すると、それぞれ０．３１８及び０．２７８であった。したがって、境界潤滑閾値ｈ_bは式１から０．２１１と算出された。これら事前に得られたデータ等を下表１に纏める。

【0051】

【表1】

【0052】

これらの事前の実験等で得られたデータを前提として、冷間圧延プロセスを４４０ＭＰａ級ＩＦ鋼の鋼板から５９０ＭＰａ級ＤＰ鋼の鋼板に変更し、その際の第３圧延スタンド出側に配置した蛍光顕微鏡から得られた蛍光強度と、図２に示されるような蛍光強度と圧延油の油膜厚さの関係とに基づいて、第３圧延スタンド出側における鋼板上の油膜厚さｈの分布を算出した。次いで、当該油膜厚さｈが境界潤滑閾値ｈ_b＝０．２１１よりも小さくなる面積を算出し、それを蛍光顕微鏡によって撮影される全体面積に対する割合（接触率α）に換算した。次いで、当該接触率αから式２により算出される鋼板と作業ロールとの間の摩擦係数μが０．０４０～０．０７０の範囲内に制御されるように、言い換えると、接触率αが０．２２２～０．３８９の範囲内に制御されるように圧延油の供給量を調整した。

【0053】

その結果、４４０ＭＰａ級ＩＦ鋼を５９０ＭＰａ級ＤＰ鋼に変更した場合でも、約７秒の非常に短い時間で接触率αが０．２２２～０．３８９の範囲内に制御され、すなわち約７秒の非常に短い時間で鋼板と作業ロールとの間の摩擦係数μが０．０４０～０．０７０の範囲内に制御され、スリップやチャタリング等の圧延不良が発生しない安定な圧延操業を実現することができた。したがって、安定な圧延操業の実現までに要した製品の長さ（廃棄すべき鋼板の長さ）を約７０ｍ（１０ｍ／秒×約７秒＝約７０ｍ）程度に抑えることができ、以下で説明する比較例の場合と比較して歩留まりを大きく改善することができた。

【0054】

［比較例］
鋼種を４４０ＭＰａ級ＩＦ鋼から５９０ＭＰａ級ＤＰ鋼に変更する際に、蛍光顕微鏡を用いた本発明に係る圧延潤滑方法は適用せずに、スリップやチャタリング等の圧延不良の発生の状態を目視で観察しながら圧延油の供給量を調整した。その結果、これらの圧延不良が発生しない安定な圧延操業を実現するのに約２０秒の時間を要した。したがって、安定な圧延操業の実現までに要した製品の長さ（廃棄すべき鋼板の長さ）は約２００ｍ（１０ｍ／秒×約２０秒＝約２００ｍ）となり、本発明に係る実施例の場合と比較して廃棄すべき鋼板の長さが約３倍近くとなった。

【符号の説明】

【0055】

１ 鋼板
２ 作業ロール
３ バックアップロール
４ 圧延機
５ 供給装置
６ 蛍光顕微鏡
７ 制御装置
１０ 冷間圧延における圧延潤滑装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】