ステンレス冷間圧延油の耐ヒートスクラッチ性 とは | ジュンツウネット21

ヒートスクラッチは,別名ヒートストリークとも呼ばれており,ステンレス冷間圧延の高速化にともなう潤滑性不良による表面損傷です。圧延方向にのびた縞状の傷が,鋼板と圧延ロールの表面に,たくさんの群をなして発生します。

ステンレス冷間圧延油の耐ヒートスクラッチ性とは

圧延油に要求される性能の一つに耐ヒートスクラッチ性があると聞きますが,ヒートスクラッチとは,どのような現象なのか説明してください。
解説します。

1. はじめに

近年の圧延業界は,生産性の向上や,光沢性の向上が要求されるとともに,最近ではエレクトロニクス関連の需要拡大にともない,リードフレーム材としての箔の需要が急速に伸びており,圧延油に対する要求も多様化し,また,きびしくなって来ています。

圧延油とは,鋼,アルミ,ステンレス,銅,銅合金などを圧延機で延ばす際に使用する油で,圧延機と材料との間を,冷却と潤滑の目的で使用するものです。

圧延油は,大きく分類すると石油系とエマルション系に分けられ,石油系は,ステンレス,銅,銅合金,仕上り性,特に表面光沢が要求されるものに使用されます。またエマルション系は,冷却性が必要となってくる鉄鋼の冷間圧延油として使用されます。

2. ステンレス冷間圧延油

ステンレス冷間圧延油に要求される性能は,

(1)潤滑性能
(2)冷却能力
(3)酸化安定性
(4)オイルステインの防止性
(5)機器に対する防錆性

などである。潤滑性能としては摩擦を低減し小さな圧延荷重で大きな圧下率が得られることと,ヒートスクラッチ,ヒートストリークなどの表面損傷の発生を防止し,均一で光沢のある表面が得られることなどが必要であります。

3. ヒートスクラッチ

ヒートスクラッチは,別名ヒートストリークとも呼ばれており,ステンレス冷間圧延の高速化にともなう潤滑性不良による表面損傷です。さみだれ傷,めだか模様などとも言われており,幅数μmから数mm,長さ数mmから数十mmの圧延方向にのびた縞状の傷が,鋼板と圧延ロールの表面に,たくさんの群をなして発生する,表面損傷の一種です。

4. 圧延油とステンレス材の適合性

圧延油の代表として脂肪酸系(A),エステル系(B),エステル系+脂肪酸系(C)を,またステンレス材としては,フェライト系の代表としてSUS430を,オーステナイト系の代表としてSUS304を採り上げ圧延試験を行った結果を下記に紹介します。

(1)SUS430の圧延

フェライト系は,圧延によりヒートスクラッチのもっとも発生しやすい材種のひとつですが,図1図2に圧延テスト結果とコイルの顕微鏡写真を,表1にコイル面仕上がりの観察結果からヒートスクラッチ性に関して試料間に

  エステル系>エステル+脂肪酸系≫脂肪酸系

の順にはっきりとした差が認められます。SUS430の圧延ではヒートスクラッチの発生度合いに比例して圧延荷重,コイル出側温度が増加しています。したがってフェライト系に対する耐ヒートスクラッチ性に関しては,エステル系の持つ優れた性能を生かすために脂肪酸の共存は好ましくないことがわかります。SUS430の圧延では,表面損傷が生じると大部分の場合不均一な肌荒れとなり,同時にコイル全体の形状が悪化するため,SUS340には圧延油の耐ヒートスクラッチ性が必須不可欠です。

SUS430圧延テスト結果
図1 SUS430圧延テスト結果
SUS430,圧延後のコイル顕微鏡写真
図2 SUS430,圧延後のコイル顕微鏡写真
表1
SUS430,SUS304の比較

(2)SUS304の圧延

オーステナイト系のSUS304の圧延試験結果を図3に示します。この場合も潤滑性を反映している圧延荷重やコイル出側温度などの傾向は,SUS430の場合と同様,

  エステル系>エステル+脂肪酸系≫脂肪酸系

の順になっています。
 (最終パスで試料油Aの圧延温度が低くなっているのは,規定の圧下が取れなかったので塑性加工熱の少なかったためである。)

SUS圧延テスト結果
図3 SUS圧延テスト結果

しかし表面仕上りは,SUS430の場合と比べ相当異なっています。脂肪酸系(A)は,均一なダル肌で仕上がっており図4から,SUS430の表面損傷部で観察されたプロファイルと同じものが表面全体にわたって観察されました。したがってこの場合のダル肌は,全面均一な表面損傷であり,油膜の厚い条件下で材料表面の自由変形によって形成されるダル肌とは生成機構が根本的に異なります。またエステル+脂肪酸(C)では,圧延後のコイル表面は,エステル系同様のブライト肌に仕上がり,エステル系との仕上がりの差は,顕微鏡下で見られる程度です。さらにSUS304では,脂肪酸タイプによる全面均一損傷の発生が必ずしもコイル全体の形状悪化にはつながらない点も大きく異なります。このことからSUS304では,脂肪酸系の圧延油を使用して圧延をしてもある程度表面の均一性と圧延の安定性は保持されているので,圧延油の耐ヒートスクラッチ性は,SUS430の場合のように絶対的な要求性能とはならない場合もあると考えられます。

 SUS304,1パス圧延後のコイル顕微鏡写真
図4 SUS304,1パス圧延後のコイル顕微鏡写真

一般に潤滑性の良い圧延油ほど速度効果(圧延初期の加速時に一定の圧下率を得るために必要な圧延荷重が急激に減少する現象)が大きく現われる傾向にあるため速度効果がなく,しかも潤滑性の良い圧延油は“夢の圧延油”とも言われています。

<参考文献>
木村好次:共石潤報6月号(1985) 他

ブルカージャパン ナノ表面計測事業部

アーステック



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