Surface Roughness Decrease of Rolls in Cold Rolling of Steel Strip Junzi KIHARA, Shunroku SUKUMODA and Akio MANBA Synopsis: The decrease in surface ro

528 鉄 と 鋼 第73年 (1987) 第3号

論

文

鋼板 の冷 問圧 延 にお け る ロー ル の粗 度低 下

に関す る検 討

木 原

諄 二*弓 供 田

俊 緑*2・ 萬 羽

昭 夫*3

Surface

Roughness

Decrease

of Rolls in Cold Rolling

of Steel

Strip

Junzi KIHARA, Shunroku SUKUMODA and Akio MANBA Synopsis:

The decrease in surface roughness of rolls in cold rolling of low carbon steel strip was investigated by using drawing-type rolling mill. From the result, the decrease in surface roughness could be reproduced as in practical cold rolling mill. The tests were performed to find the effects of the lubricants, and the materials of strip and rolls on surface roughness of rolls. The obtained results are as follows;

For the same lubrication condition, the decrease in surface roughness of rolls is more rapid in rolling Al-killed steel strip than in rolling rimmed steel strip. That would be due to the higher yield stress of Al-killed steel than that of rimmed steel. The roughness decrease is smaller in the case of paraffinic oil than in the case of octyl-stearate oil for both All-killed steel and rimmed steel. The decrease in surface roughness of rolls is smaller for rolls containing higher chromium. It has been confirmed by ISOT that the reactivity of iron oxide and iron hydroxide with stearic acid is higher than that with oleic acid. And from drawing rolling experiment, lubricant containing stearic acid shows the higher lubricity and causes larger decrease in surface roughness of rolls than that containing oleic acid. Also lubricant containing iron soap gives larger decrease in suface roughness of rolls.

Therefore, the corrosion wear mechanism plays an important role in the decrease in surface roughness of rolls in rnilincr nf ctopl ctrin

1. 緒 言 連続 鋳 造 材(ア ル ミキ ル ド鋼)の 比率 の増 大 とと も に, 冷 間 に お け る ワ ー ク ロー ク粗 度 低 下 が,イ ンゴ ッ ト材(リ ム ド鋼,キ ャ ップ ド鋼)に くらべ 著 し く大 きい た め ス リ ッ プ 現 象 や チ ャ タ リ ン グ な どの 圧 延 不 安 定 が 生 じ そ の 結 果,ロ ー ル や板 表 面 の損 傷 な どの 問題 が顕 著 に起 こる よ うに な つ た1)∼4). 粗 度 低 下 に関 す る現 象 の 主 な要 因 と して,(1)硬 度 の 高 い 酸 化 介 在 物 に よ る ロ ー ル表 面 の 研 磨,ACが 摩 耗 粉 のロー ル表 面 へ の付 着 や凝 着 を助 長 す る こ と5)∼7). ま た圧 延 材 の硬 さの 増 加 に伴 う接 触 面 圧 の上 昇 な ど圧 延機 構 に基 づ く要 因,(2)潤 滑 的要 因 と して は,油 の粘 度, エ マ ル ジ ョン濃 度,遊 離 脂 肪 酸 と鉄 との反 応 に よる 鉄 石 鹸 生 成 の 影 響 な ど が指 摘 され て い る8)∼11).こ れ らは, 潤 滑 油 と鉄 との 反 応性 の影 響 に よ る と い う考 え,あ る い は鉄 石 鹸 に よる 凹 凸 の 凹部 が局 部 的 流 体 潤 滑状 態 に,一 方 凸 部 が境 界 潤滑 状 態 に なつ て摩 耗 に差 が 生 じ粗 度 低 下 が 進 行 す る とい う考 え な ど に よつ て 説 明 が 試 み られ て い る 。 現状 で は これ ら の要 因 が提 案 されて い る が,一 定 の実 機 に 近 い試 験 条 件 で 行 わ れ る実 験 に よつ て総 括 的 に行 わ れ た検 討 結 果 は な い. 本報 告 で は,潤 滑 的 要 因 を検 討 す る た め,連 続引 抜型 圧 延機 を用 い て広 い 範 囲 で,圧 延 材,ロ ー ル材 質 や潤滑 油成 分 の そ れ ぞ れの 違 い に よ る ロー ル粗 度低 下 挙動 を調 査 し,ま た,潤 滑 油 成 分 と鉄 お よ びそ の酸 化 物 や水 酸化 物 との反 応 性 試 験 を行 つ た.そ の結 果 に基 づ いて ロー ル 粗 度低 下 を支 配 す る 要 因 に 関 して 考 察検 討 したの で報 告 す る. 2. 実 験 方 法 と そ の 条 件 2・1 圧 延 試 験 機 お よ び 試 験条 件 圧 延 試 験 機 と して 当研 究 室 で 開 発 製作 した連続 引抜 型 圧 延 機 を 使 用 し た12)。連 続 引 抜 型 圧 延 機 の 概 念 図 を Fig.1に 示 す.ス トリ ップ に は,前 方 張 力 が加 え られ 引 抜 速 度 が 調 節 で きる.上 ロー ルは,ア イ ドリ ングであ る.下 ロー ル は,ス トリ ップ よ り も接 触 弧 全 長 に わたつ 昭 和61年2 月17 日 受 付(Received Feb. 17, 1986)

* 東 京 大 学 工 学 部 工 博(Faculty of Engineering _{, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo Bunkyo-ku, Tokyo 113)} *2 東 京 大 学 工 学 部(Faculty of Engineering

, The University of Tokyo) *3 花 王(株)和 歌 山 研 究 所(Wakayama Researeh Laboratories _{, Kao Corperatiex)}

て 周 速 を 小 さ く設 定 す る こ と も で き,中 立 点 を 入 側 の 外 に 出 し て 平 均 摩 擦 係 数 を ト ル ク/(荷 重 ・半 径)の 計 算 に よ り簡 単 に 求 め る こ と が で き る. ロ ー ル 及 び 板 に,本 研 究 で 問 題 と し て い る 粗 度 低 下 以 外 の 損 傷 が,特 に 潤 滑 油 を 変 え た 試 験 で 潤 滑 油 の 違 い に よ つ て 異 な つ て 起 こ る こ と の な い よ う に 配 慮 し な け れ ば な ら な い.そ の た め に 本 研 究 に お い て 圧 延 条 件 の 設 定 の た め 参 考 に し た,本 試 験 機 の 潤 滑 評 価 特 性 を Fig. 2 に 示 す.こ れ は, (Ui+ U2)=200m/minの と き の 相 対 速 度 (Ui- U2) と圧 延 後 の 板 表 面 の 欠 陥 発 生 数 を 示 し た も の で あ る.後 述 す る が こ の 結 果 に 基 づ い て,相 対 速 度 Ui-U2≦40m/minの 欠 陥 発 生 特 性 に 関 し て 潤 滑 油 の 差 の 現 れ な い 条 件 を 設 定 す る こ と と し た. 2・2 圧 延 ロ ー ル 圧 延 ロ ー ル の 化 学 成 分 と ビ ッ カ ー ス 硬 さ を Table 1 に 示 す.SUJは 軸 受 鋼 で,ク ロ ム が 約2.5%含 ま れ て い る.そ の ほ か ク ロ ム 含 有 量 が3% ,5%, 12%, 18% の ロ ー一ル を試 験 材 と した.(以 下, SUJ, 3Cr, 5Cr, 12Cr, 18Crと 称 す る.) SUJ, 3Cr, 5Cr, 12Crは,鍛 鋼 ロ ー ル で あ り,18Crは 高 ク ロ ム 鋳 鉄 ロ ー ル で あ る.ロ ー ル 半 径 は,25mmで あ る. 2・3 圧 延 材 料 圧 延 材 料 は,低 炭 素 ア ル ミ キ ル ド鋼 と リ ム ド鋼 で あ る. 板 幅 は,い ず れ も15mmで あ る.板 厚 は ア ル ミ キ ル ド 鋼 が0.3, 0.4 ,0.7mm,リ ム ド鋼 が0.4mmで あ つ た. (以 下,お の お の を 0.3K, 0.4K ,0.7K ,0.4Rと 称 す る.) 2・4 潤 滑 油 潤 滑 油 の 種 類 と 成 分 をTable 2に 示 す.基 油 は パ ラ フ ィ ン系 鉱 物 油,エ ス テ ル お よ び 牛 脂 の3種 類 を 使 用 し Fig. 1. A schematical representation of the relation

be-tween a drawing speed U, and a rolling speed U2.

Fig. 2. The relation of defect density and the testing conditions.

Table 1. Chemical Composition (wt%).

530 鉄 と 鋼 第73年 (1987) 第3号 た.そ れ ぞ れ に 添 加 剤 を 配 合 し,非 イ オ ン系 の 乳 化 剤 を 5%加 え た.(以 下,各 潤 滑 油 を パ ラ フ ィ ン 油,エ ス テ ル, Tm, To, Ts, Tff, Tfeと 称 す る") パ ラ フ ィ ン油 は パ ラ フ ィ ン 系 鉱 物 油 の み で あ る.エ ス テ ル は オ ク チ ル ス テ ア レ ー ト+オ レ イ ン 酸5%+ 中 性 の オ ク チ ル ポ ス フ ェ ー ト5%で あ る.Tmは 牛 脂 の み で あ る.Toは 牛 脂+オ レ イ ン酸5%,Tsは 牛 脂+ス テ ア リ ン 酸5%,Tffは 牛 脂+牛 脂 脂 肪 酸 鉄 石 鹸8%,Tfo は 牛 脂+オ レ イ ン酸5%+オ レ イ ン酸 鉄 石 鹸5%と し た. こ の 鉄 石 鹸 は 複 分 解 法 に よ り作 製 し,5000ppmを 目 標 に 配 合 し た.な お,ス テ ア リ ン 酸 鉄 石 鹸 は 牛 脂 に 溶 け に くい の で 実 験 の 対 象 か ら 除 外 した. 使 用 温 度 は 約60℃ と し流 量 を300ml・min-1 と し た. エ マ ル ジ ョ ン濃 度 は2%お よ び3%と _{し た .} 2・5 圧 延 条 件 Table3,4に,実 験 の 特 徴 と圧 延 条 件 を 示 す. a)実 験1潤 滑 性 が 及 ぼ す 粗 度 低 下 の 影 響 を 調 べ る た め,特 徴 的 な 二 つ の 潤 滑 油(パ ラ フ ィ ン油 と エ ス テ ル) に よ り圧 延 試 験 を 行 つ た.圧 延 材 料 は, 0.4Rと 0.4K を 使 用 し た.圧 延 距 離 は1200mと し た.ロ ー ル 表 面 は 80番 エ メ リー 紙 で 研 磨 し,粗 度 を調 整 し た.そ の 測 定 法 は,光 切 断 法 を 用 い た.粗 さ は サ ン プ ル 数 を20 点 以 上 と し,各 点 のRm。xの 平 均2乗 平 方 根 で あ る RMM を 用 い た. 圧 延 速 度 条 件 と してFig.2よ り潤 滑剤 の 違 い による 欠 陥 発 生 数 が ほ ぼ 同 じ U, +U, =200m/min, Ui-U2= 40m/MiRを 選 択 した. b)実 験llこ の 実 験 は,圧 延 材 料 の 影響 を調 べ るた め に材 質 と板 厚 を変 えて 行 つ た.ロ ー ル表面 は,シ ョッ トピー ニ ング に よ り表 面 粗 さを付 け,そ の測 定 法 は,光 切 断 法 を用 い た.粗 さは,サ ンプ ル数 を40点 以 上 とし, RMMを 用 い た.そ して,傾 向 が比 較 で きる圧 延距離 を 知 る た め1200mご とに,粗 度 測 定 を した.圧 延速 度条 件 は実験1と 同 じで ある. c)実 験IIIロ ー ルの ク ロム含 有 量 の 相異 に よる粗 度 低 下 傾 向 の 変 化 を調 べ た.圧 延 材 は,0.4mmア ル ミキ ル ド鋼(O.4K)を 使 用 し,圧 延 距 離 を4800mと した. ロー ル表 面 は80番 エ メ リー紙 で研 磨 し,粗 度 を調整 し た.圧 延 速度 条 件 と粗 さの 測 定法 は実 験Hと 同 じである. d)実 験IV粗 度 低 下 に及 ぼ す潤 滑 油 の影 響 を検討 す る た め に,潤 滑 油 の添 加 剤 を変化 させ て圧 延 実 験 を行 つ た.圧 延 材 は0.3mmア ル ミキ ル ド鋼(0.3K)を 用 いた. ロー ル表 面 は80番 エ メ リー紙 で研 磨 し,粗 度 を調整 し た.粗 度 の測 定 は触 針 式 粗 さ計 を用 い,R、 値 を比較 す る た め に採 用 した.サ ンプ ル 数 は,予 備 実験 に よ り40 点以 上 と した.圧 延 速 度 は,試 料 の 厚 さが小 さいた め破 断 を起 こ さ な い よ う に,平 均 速 度 とす べ り速 度 を低 くし た. また,こ れ らの 添 加 剤 と鉄 ・酸 化 鉄 ・水酸 化 鉄 との 反応 性 試 験 をISOT試 験 機 を用 い て 行 つ た.添 加 剤 の おの お の に つ い て5wt%の 試 料 を 入 れ,90℃ で17h撹 拝 させ 有 機 鉄 の含 量 を測 定 した、 水 酸 化 鉄 は,接 触 弧 内の 水分 や クー ラ ン トと ロー ル表 面 の酸 化 鉄 との水和 反応 生 成物 を想 定 す れ ばFe(OH)2の 方 が妥 当 で あ る が,安 定 な試 薬 が得 ら れ ない の でFe(OH)3を 用 い た13). 3. 実 験 結 果 3・1 潤 滑剤 に よ る比 較 Fig.3に 潤 滑 剤 を変 え た実 験1の 結 果 を示 す. 0.4K 及 び0.4Rの 両 者 に対 して,パ ラ フ ィ ン油 よ り もエ ス テ ル を基 油 とす る 潤 滑 の 方 が粗 度 低 下 が大 きい とい う結 果 が得 られ た.す なわ ち連 続 引 抜 型 圧 延 機 によ り 1200 m圧 延 す る こ とに よつ て 潤 滑 油 に よ る粗 度低 下 の違 い が で る こ とが 分 か つ た。 しか し,こ の圧 延 距 離 で はキル ド鋼 よ りむ しろ,リ ム ド鋼 の方 が 粗 度低 下 が 大 きい とさ え み る こ とが で きる.こ こで の 重 要 な結 果 は,キ ル ド鋼 お よ び リ ム ド鋼 を問 わず,良 い 潤 滑油 の方 が,粗 度 低下 が 大 き い こ とで あ る。 なお 実 験IIで 行 つ た シ ョ ッ トピー ニ ング ロー ルの粗 度

Table 3. The Specification of experiments.

低下 量 は,Fig.3に 示 す と 破 線 の 位 置 に な る.こ れ は, エ メ リ ー 紙 に よ り 圧 延 方 向 に 対 し て 平 行 に 研 磨 さ れ た ロー ル よ り シ 観 ッ ト ピー ニ ン グ に よ る ロ ー ル の 方 が 粗 度 低下 の 起 こ り に くい こ と を 示 し て い る. 3・2 圧 延 材 質 に よ る比 較 前 節 の 実 験 で は圧 延 材 に よ る 違 い は 判 定 で き な か つ た の で さ ら に 圧 延 距 離 を 延 長 し た 実 験Hの 結 果 を Fig. 4 に示 す.図 中 ゲ は,圧 下 率(%)で あ る.こ れ か ら, 圧 延 距 離1200mま で は 前 節 と 同 様 の 結 果 で あ る が, 2400mを 越 え る と 一 般 に 言 わ れ て い る よ う に ア ル ミ キ ル ド鋼 の 粗 度 低 下 が 大 き く な つ て い く こ と が 分 か る. 0.7Kの 試 験 の 粗 度 低 下 の 傾 向 は0.4Kと 変 わ ら な か つ た.こ こ で0.7Kの 圧 下 率 が5%前 後 と 低 か つ た が, こ れ は 板 厚 が 大 き く引 抜 応 力 が 小 さい た め と考 え ら れ る.そ こで 実験 の板 厚 は圧 下 率 を あ る程 度 大 き くす る た め に は,0.4mm程 度 以 下 が適 当 で は な い か と考 え られ る. こ こで,連 続 引 抜 型圧 延機 に お け る ロ ー ル表 面 の 粗 度 低 下 は,圧 延 距 離 を3600m以 上 行 つ た と き,一 般 に言 わ れ て い る よ う に キ ル ド鋼 の圧 延 の場 合 に大 き くな る こ とが 明 ら か となつ た. 3・3 ロ ー ル材 質 に よ る比 較 実 験 皿 の結 果 をFig.5に 示 す.ク ロ ム含 有 量 が 多 く な る に つ れ て,粗 度 低 下 は小 さ くな つ て い る. 4000m 圧 延 した 場 合 に は,と くに5%ま で は そ の 効 果 が 顕 著 で あ り,そ れ 以 上 のCr含 有 量 の増 加 は粗 度 低 下 を漸 減 させ る こ と が 分 か る.Photo.1に 示 す よ うに,組 織 に 関 して ク ロ ム 含 有 量 に 対 して 一 定 の傾 向 の変 化 は な い し,Table1に あ る よ うに硬 さ も クロ ム含 有量 に対 して 一 定 の 傾 向 を示 して い な い.つ まり,ロ ールの クロム含 有 量 の み が 重 要 な影 響 を示 して い る. 3・4 油 性 向 上 剤 に よ る 比較 Fig.6に 実 験IVの 結 果 を示 す.圧 下 率 は約20% で あ つ た.牛 脂+オ レ イ ン酸To及 び牛 脂Tmは,粗 度低 下 が小 さい.牛 脂+ス テ ア リ ン酸Tsは 最 も大 き く,鉄 石 鹸 添 加 油Tff, Tfoも 比 較 的 大 きな粗 度低 下 を示 して い る.こ の実 験 にお い て も実 験1の 結 果 と 同様 に潤 滑性 の 優 れ た油 性 剤 を含 む潤滑 油 を使 用 した場 合 に粗 度 低 下 が 大 き くなつ て い る.鉄 石 鹸 の混 合 は油 性 剤 の性 質 に よ ら ず 粗 度 低 下 に影 響 して い る こ とが 分 か る.ま た Photo. 2にTs油 に よ る代 表 的 な 圧 延 前 後 の 粗 さの プ ロ フ ィー ル を示 す.こ れ よ り圧 延 前 の ● 印 の よ うな プ ロ フ ィー ル が圧 延後 な くな つ て い る こ とが 分 か る. Fig。7に ス テ ア リ ン酸 お よ び オ レ イ ン酸 の鉄 粉,酸

Fig. 3. Effect of rolling material and lubricants on sur-face roughness decrease.

Fig. 4. Fffect of rolling material on surface roughness decrease.

532 鉄 と 鋼 第73年 (1987) 第3号 化 鉄(Fe203)の 粉 末,水 酸 化 第2鉄 の粉 末 との 反応 性 の試 験 結 果 を示 す.鉄 粉 は オ レイ ン酸 との 反 応 性 が 高 く, 酸 化 鉄 粉 はほ ぼ 同 じで,水 酸 化 鉄 粉 につ い て は 明 らか に ス テ ア リ ン酸 との反 応 性 が 高 い こ とが 分 か つ た.鉄 粉 は 他 の研 究 者 らの結 果 と 一致 して い る11). 4. 考 察 4・1 連 続 引 抜 型 圧 延 機 の 性 能 と 圧 延 材 質 の 影 響 Fig.2に 示 す よ う に 板 表 面 の 欠 陥 発 生 数 が 等 しい達 度 条 件 に よ る 圧 延 に お い て,Fig.3に 示 す 結 果 に よれ ば1200mの 圧 延 で 潤 滑 油 に よ る 差 が み られ, Fig. 4 の 3600m圧 延 で は 鋼 種 に よ る 差 が 一 般 に 認 め ら れている Fig. 6. Effect of component on roughness change.

Fig. 7. Comparison of ferric compounds reactivity on fatty acid.

Photo. 1. The photographs of surface of various rolls by micro-scope.

Photo. 2. Roll profile of surface roughness change atter 3 800 m rolling by using Ts lubricant.

よ う に キ ル ド鋼 の 圧 延 の 場 合 大 きい こ と が 示 さ れ た. そ こで 連 続 引 抜 型 圧 延 機 を 用 い る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン試 験 に おい て 粗 度 低 下 を 検 討 し得 る と考 え る こ と が で き る. Fig−4に 示 さ れ て い る 鋼 種 に よ る 相 異 を 検 討 す る た め に, 0.4R, 0.4Kの 動 的 変 形 抵 抗 を 評 価 す る こ と に した14).Fig.8に 圧 延 時 に お け る ス ト リ ッ プ の 平 均 変 形抵 抗 を 示 す.こ れ は,ひ ず み 速 度6を 250 sm1, 初 期 温 度 を16℃ と し て 引 張 試 験 法 か ら 求 め た も の で あ る.こ の ひ ず み 速 度 は 本 試 験 機 に お け る ス ト リ ッ プ の 圧 延 ひず み 速 度 に 対 応 す る.こ れ か ら,平 均 変 形 抵 抗 は ア ル ミキ ル ド鋼 の 方 が 大 き い こ と が 分 か つ た 一 こ の こ と は 粗度 低 下 が 鋼 種 に よ り 異 な る 原 因 を 考 察 す る 上 で 重 要 な 事実 と考 え ら れ る. 4・2 潤 滑 油 の 成 分 と ロ ー ル の 化 学 成 分 と の 相 関 ロ ー ル の 粗 度 低 下 に 対 す る 被 圧 延 板 に よ る ロ ー ル の 機 械 的研 磨 以 外 の 要 因 と して 潤 滑 油 の 成 分 の 寄 与 が 考 え ら れ る.Fig.3,5の 結 果 は 潤 滑 油 の 成 分 と ロ ー ル 表 面 皮 膜 との 反 応 性 の 影 響 を 示 唆 し て い る. Photo.1に,実 験nで 使 用 し た 各 ロ ー ル の 組 織 写 真 を示 す.3Cr,5Cr,12Crは,初 析 炭 化 物 を分 散 さ せ た マ ル テ ンサ イ ト の 焼 も ど し を し た も の で あ る が, 12Cr で は初 析 炭 化 物 の 成 長 が み ら れ る.18Crは,成 長 し た 炭 化 物 と ベ イ ナ イ トが 見 ら れ る. す な わ ち3・3で 指 摘 した よ う に 金 属 組 織 やT able1 に示 した硬 さ と粗 度 低 下 の 傾 向 と の 関係 は見 出 し に く く,む しろ,粗 度 低 下 が 単 純 に ク ロム含 有 量 の み に依 存 して い る.こ れ は ロー ル 表 面 の化 学 的特 性 が影 響 して い る の で は な い か と考 え られ る.鋼 表 面 の クロ ム は鉄 よ り 酸素 との反 応 性 が 高 く空 気 中 で は含 ク ロム鋼 また は ク ロ ム鋳 鉄 の表 面 の 酸 化 皮 膜 は酸 化 クロ ム が 主 体 と な る 19). 酸化 クロ ム は酸[生酸 化 物 で あ り,酸 化 鉄 は塩基 性 酸 化 物 で あ る か ら,脂 肪 酸 や りん酸 エ ス テル か ら解離 した酸 類 との 化 学 反応 性 は酸 化 ク ロ ム の方 が 小 さ く,一 方 酸化 鉄 の方 は大 きい.ク ロ ム含 有 量 の大 きい ロー ル の粗 度低 下 が 抑 制 され た の は,り ん酸 エ ス テ ルか ら解 離 した りん 酸 な ど との 反 応 性 が低 い た め で は な いか と考 え られ る. 4・3 油 性 向 上 剤 の 影 響 ス テ ア リ ン酸 と鉄 石 鹸 を含 む潤 滑 剤 を使 用 した と き に ロ ー ル の 粗 度 低 下 が 大 き く な る こ とが,Fig一6に 示 さ れ て い る. まず,ス テ ア リ ン酸 と オ レイ ン酸 との場 合 の相 異 に関 して考 察 す る.前 節 にお い て も述 べ た よ うに,酸 性 の添 加 剤 とロ ー ル表 面 皮 膜 の 反 応性 が粗 度 低 下 に寄 与 して い る と考 え る こ と は,Fig.7に 示 され て い る 鉄 あ る い は 酸化 鉄 と酸 性 の添 加 剤 と の反 応 性 の傾 向 に反 して い る. しか し,も し表 面 皮 膜 の形 成 物 が(水 和)酸 化 鉄 す な わ ち 水 酸化 物 の状 態 で あ れ ば,表 面 と添 加 剤 との 反応 性 の 強 さの順 列 に よ つ て,粗 度 低 下 の順 列 を説 明 す る こ とが で きる.本 研 究 で は こ の点 に注 目 して 実 験 し検 討 した. 表 面 皮 膜 の形 成物 が(水 和)酸 化 鉄 まで 進 ん だ 状 態 で あ る こ と は十 分 予想 で きる こ とで あ る20)23). つ ぎ に,石 鹸 の状 態 の添 加 物 の粗 度 低 下 へ の 影響 で あ るが,ま ず,緒 言 に紹介 した境 界 一 流 体 潤 滑 共 存 モ デ ル に つ い て検 討 す る ため,Ts油 お よ びTff油 を もち い た 圧 延 の圧 延 開 始 時 の そ れ ぞ れ の板 表 面 の光 学 顕 微 鏡 観 察 を 行 つ た.Photo.3は 同 じ ロー ル に よ るTsとTff に よ る圧 延 後 の板 の 表 面 写 真 で あ る.こ れ に よ る と潤 滑 状 態 は い ず れ も境 界 潤 滑 で あ り,TsとTffに よ る潤 滑 状 態 の差 は ほ とん ど見 られ ない.従 つ て,鉄 石 鹸 が局 部 的

Fig. 8. Mean flow stress of Al-killed steel and rimmed steel.

Photo. 3. The photographs of surface after 3 800 m rolling by using Ts and Tff lubricants.

534 鉄 と 鋼 第73年 (1987) 第3号 流 体潤 滑 を作 り凸 部 の 境 界 潤 滑 が粗 度低 下 を早 め る と言 える ほ どの差 は確 認 し難 く,こ の現 象 は 本試 験 機 で は生 じて い な い と言 え る. 鉄 石 鹸 が 存 在 す る 場 合 の 粗 度 低 下 促 進 機構 に つ い て は,化 学 的 な機 構 の存 在 が 期 待 され る が,そ の よ うな機 構 の 一 つ と して,鉄 石 鹸 の解 離 イ オ ン反 応21)に よる 可 能 性 が あ る.こ れ は,ロ ー ル表 面 にお け る機 械 的摩 擦 の 中 で 石 鹸 が イ オ ン解 離 し,そ の と き生 じる オ レ イ ン酸 イ オ ンが ロー ル表 面 と反 応 す る もの で あ る 一 オ レイ ン酸 単 体 との 相 異 は,速 度 論 的 に イ オ ン解 離 の 時 間 の 必要 が な い こ と と空 間 的 に解 離 位 置 が 反 応 場 所 で あ る こ とか ら, 反 応 量 が 高 い こ とが期 待 で きる点 に あ る.ス テ ア リ ン酸 鉄 石 鹸 に関 す る 実験 が不 可 能 で あつ た ため,イ オ ン種 に 関す る検 討 を深 め られ な か つ た の は遺 憾 で あ る.な お参 考 の た め,こ の よ うな 機構 二の場 合 の サ イ ク ル を Fig. 9 に示 して お く. 4・4 総 括 的 考 察 以 上 本 研 究 にお い て 得 られ た結 果 に関 してそ れ ぞ れ 考 察 を行 つ たが,と くに,潤 滑 剤 とロ ー ル表 面 との 反 応 性 が粗 度 低 下 に重 要 な役 割 を有 して い る こ とが明 ら か に さ れ た.し か し,一 般 に言 わ れ て い る,粗 度 低 下 が キ ル ド 鋼 の方 が リム ド鋼 よ り著 しい が,ロ ー ル の 直径 摩 耗 に関 して は,明 確 な差 が 認 め られ な い とい う点 と,粗 度 低 下 機構 との 関連 に 関 して問 題 が 残 され て い る 。 本研 究 に用 い た キ ル ド鋼 と リ ム ド鋼 との 違 い の一 つ は Fig.8に 示 され る 変 形 抵 抗 に 関 す る 違 い で あ る.こ の こ とか ら,粗 度 摩 耗 は ア スペ リチ ー の 先 端 が よ り硬 い材 料 に よつ て 叩 か れ る か ら,先 端 が 早 く摩 滅 す る とい う説 明 が 考 え られ る.こ れ に つ いて は硬 い 材 料 に叩 か れ な が ら な ぜ 直 径 摩 耗 に反 映 しな い か とい う反 論 が 可 能 で あ る. さて,直 径 摩 耗 を支 配 す る の は,ロ ー ル表 面 直 下 の層 にお け る疲 労 剥 離 で ある こ とが機 械 要 素 の接 触 時 につい て 定 説 と な つ て き た22)24).す な わ ち,疲 労 は材 料 の硬 さ と直接 関係 の あ る圧 力 だけ で な く摩 擦 応 力 との合 成で 定 まる 応 力状 態 に支 配 され る.そ こ で,粗 度低 下 と摩擦 応 力 の 低 下 との 関係 を調 べ る た め,接 触 弧 内 の平均 摩擦 応 力Fmを 圧 延 距 離 に た い して測 定 した.そ の 結果 を Fig.10に 示 す.実 験 は 実 験IVのTs油 お よ びTo 油 を 用 い た場 合 につ いて の 平 均摩 擦 応 力Fmを 次式 によつて も とめ 圧 延 距 離 に よ る変 化 を示 した もので あ る.縦 軸 は 圧 延 開 始 時 のFm値 を1と し比 を取 つ て い る. (T:ト ル ク,Ld:接 触 投 影 長 さ,ω:板 幅,R:ロ ー ル 半 径) な お,Ts油 の場 合 圧 延 開 始 時 の 瑞 値 は 4.6kg/mm2 To油 の 場 合 圧 延 開 始 時 のFη 値 は5.6kg/mm2 であつ た. 3800mま でFm値 を求 め る実 験 を行 つ た.Tsを 用い た場 合 はFmは 下 が る傾 向 に あ る がToは あ ま り変化 が な い.そ の上,上 述 の よ うにTs油 の圧 延 初 期 の摩擦応 力 はTo油 の そ れ をす で に17%強 下 回つ て い る. そ の よ うな こ とか ら,ロ ー ル の直 径 摩 耗 に対 しては潤 滑 性 の 良 い潤 滑 剤 の 防 止 効 果 は 十 分 あ る が,ア スペ リ チ ー の 先 端 の よ うな局 所 で は,グ ロー バ ル な応 力 状態(圧 力,い わ ゆ る摩 擦 応 力)よ り材料 の硬 さが 決定 す るロー カ ル な応 力状 態 が支 配 し潤 滑 剤 と反応 して 形成 された反 応 生 成 物 が つ ぎつ ぎ剥 ぎ取 られ る 一種 の腐 食 摩耗 が現象 を支 配 す る と考 え れ ば,本 研 究 を通 して得 られ た結果な ら び に一 般 に こ こで取 り上 げた 問 題 に 関 して 発表 されて い る事 実 を矛 盾 な く理 解 す る こ とが で きる. 5. 結 言 連 続 引 抜 型 圧 延 機 を使 つ た実 験 か ら次 の結 果 が得 られ た.

Fig. 9. Mechanism of surface roughness decrease of rolls.

Fig. 10. The reration of friction rate and rolling dis-tance.

(1) 連続 引 抜 型圧 延機 に よ り粗 度低 下 試 験 を行 つ た ところ実 機 に おい て確 認 されて い る アル ミキ ル ド鋼 の 圧 延にお いて圧 延 油 の 潤 滑性 の 良 い場 合 に粗 度 低 下 が 大 き いことを再現 で きた. (2) ア ル ミキ ル ド鋼 の圧 延 で も リ ム ド鋼 の圧 延 で も 潤滑性 の優 れ た圧 延 油 の場 合,粗 度 低 下 が 大 きい. (3) ロー ル の ク ロ ム含 有量 が 高 いほ ど粗 度低 下 は小 さ くなる. (4)水 酸 化鉄 との反 応性 の高 い脂 肪 酸 を含 む潤 滑 剤 を使用 す る と粗 度 低 下 が 促進 す る. (5)オ レ イ ン酸 の鉄 石 鹸 の存 在 も粗 度 低 下 を促 進 す る. (6) (2) (3) (4) (5)の 結 果 よ り,粗 度低 下 は 凸部 の腐 食摩 耗 によ る も の と推 測 され る. (7) ア ル ミキ ル ド鋼 の方 が リム ド鋼 よ り粗 度 低 下 が 著 しいの は,変 形 抵抗 が大 きい こ とに よ る と考 え られ る. 本研 究 を遂 行 す る に あ た り,圧 延理 論 部 会 冷 延 潤 滑 小 委員 会(委 員長 川並 高 雄 氏)に お い て十 分 な検 討 の 機 会及 び実験 材 料 の提 供 の便 宜 が 与 え られ た こ とを感 謝 す る しだ いで あ る. 文 献

1 ) P. RATTE and J. T. BOUTEILLE: Proc. of Int. conf. on Steel Rolling ISIJ (1980). D. 885 2) 柳 島 章 也, 手 柴 東 光, 藤 原 俊 二, 久 々 湊 英 雄, 北 村 邦 雄, 安 田 顕: 鉄 と 鋼, 13 (1982), S1204 3) 鍬 本 紘, 神 馬 照 正, 岩 藤 秀 一, 岡 見 雄 二 : 潤 滑, 8 (1982), p. 17 4) 北 村 邦 雄, 北 浜 正 法, 安 田 顕, 角 山 浩 三 ,久 々 湊 英 雄, 柳 島 章 也 : 鉄 と 鋼, 13 (1982), S1202 5) 大 貫 輝, 菊 池 勤, 川 並 高 雄, 浅 村 峻 : 塑 性 と加 工, 23 (1982), p. 990 6) 例 え ば, 鉄 鋼 材 料 の 摩 耗 (日 本 鉄 鋼 協 会 鉄 鋼 基 礎 共 同 研 究 会 鉄 鋼 材 料 の 摩 耗 部 会 編) (1984), p. 73 7) 安 田 顕, 角 山 浩 三, 北 村 邦 雄, 伊 藤 健 治, 久 々 湊 英 雄, 柳 島 章 也: 鉄 と鋼, 13 (1982), S1203 8) 鍬 本 紘, 神 馬 照 正, 園 田 栄, 山 本 昇, 青 木 智 幸, 岩 藤 秀 一: 鉄 と鋼, 5 (1983), S377 9) 鍬 本 紘, 岩 藤 秀 一, 神 馬 照 正, 園 田 栄, 辺 見 隆, 山 本 昇: 鉄 と 鋼, 13 (1983), S1138 10) 鍬 本 紘, 尾 崎 大 介, 岩 藤 秀 一, 園 田 栄, 辺 見 隆: 鉄 と 鋼, 5 (1985) ,S295 11) 鍬 本 紘, 岩 藤 秀 一, 西 村 啓, 園 田 栄, 辺 見 隆, 山 本 昇: 鉄 と 鋼, 13 (1983), S1139 12) 木 原 諄 二: 鉄 と 鋼,16 (1984), p. 82 13) 平 井 亀 雄, 岩 崎 芳 明:塑 性 と加 工, 20 (1979),p. 911 14) 五 弓 勇 雄, 木 原 諄 二, 小 豆 島 明: 塑 性 と加 工, 14 (1973), P.12 15) 例 え ば, 桜 井 俊 男: 潤 滑 の 物 理 化 学 (1978), p. 146, 160 [幸 書 房] 16) 木 原 諄 二, 旗 田 俊 緑: 鉄 と 鋼, 13 (1983), S1140

17) J. KIHARA, K. NAKAMURA, K. DOHYA and S. SUKUMODA:

Advanced Technology of Plasticity, 1 (1984) , p. 102

18) 木 原 諄 二, 萬 羽 昭 夫, 娯 田 俊 緑, 加 藤 雅 之 : 塑 性 加 工 学 会 春 季 講 演 論 文 集 (1983), p. 385 19) 長 谷 川 正 義 監 修: ス テ ン レ ス 鋼 便 覧 (1973), p. 209 [日 刊 工 業 新 聞 社] 20) 大 谷 南 海 男: 金 属 の 塑 性 と 腐 食 反 応 (1972), p. 43 [産 業 図 書] 21) 井 本 稔:有 機 電 子 論 (1953), p.45 [共 立 全 書] 22) 木 村 好 次: 潤 滑 ,28 (1983), p. 709 23) 曾 田 範 宗 : 固 体 の 摩 擦 と 潤 滑 (1969), p.199 [丸 善] 24) 木 村 好 次 : 潤 滑, 24 (1979) ,p. 706 133