JP2000202507A - 固形潤滑による孔形圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧延スリップや咬込みスリップを起こさず
に、孔形ロールの焼付きおよび摩耗を確実に防止するた
めに、孔形ロールの必要部位にのみ必要量の潤滑剤を供
給して孔形圧延を行う方法を提供する。 【解決手段】 孔形ロールの焼付きおよび摩耗が発生し
易い部分に固形潤滑剤を押し付けて供給し、孔形ロール
と被圧延材との間を固形潤滑する。固形潤滑剤は、適当
な形状あるいは寸法にすることによって供給部位を容易
に制御でき、かつ押し付け力、潤滑剤自体の硬さや融点
によって供給量を厳密に制御できる。したがって、不必
要な部位の望ましくない潤滑による圧延スリップ、咬込
みスリップを起こすことなく、同時に、必要箇所に十分
な潤滑剤供給をして最適な潤滑状態を確保して、孔形ロ
ールの焼付きや摩耗の発生を防止できる。典型的な固形
潤滑剤は、ワックス系固形潤滑剤単独またはこれに固体
潤滑剤を添加して成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軌条、Ｈ形鋼、鋼
矢板、マスト材などに代表される条鋼や継目無鋼管（Ｓ
ＭＬパイプ）等のような金属形材の孔形圧延方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的な板材、帯材の圧延では、被圧延
材の断面形状が単純な直線であり、断面輪郭線が実質的
に直線からなる（但し、厳密にはクラウンと呼ばれる曲
線形である）断面形状である。

【０００３】これに対して、孔形圧延の対象である条鋼
あるいはＳＭＬパイプ等は、断面輪郭線が外方に張り出
した凸部と内方に入り込んだ凹部とが組合わさった複雑
な凹凸型の断面形状を有する。そのため孔形圧延では、
孔形ロールの部位によりロール回転周速や被圧延材との
摩擦負荷の大きさが著しく異なり、局部的にロールの焼
付きや摩耗が発生し易いという特有の問題がある。

【０００４】従来、その対策として、鉱油系もしくはエ
ステル系潤滑油と水を混合した潤滑剤等の液状潤滑剤を
孔形ロールの焼付き・摩耗の発生し易い部位に吹き付け
る液体潤滑が主として行われていた。

【０００５】しかし液体潤滑では、孔形ロールの必要部
位に十分な量の潤滑剤を供給しようとすると、供給され
た液状潤滑剤は流動性が高いためロール表面で広がり、
不必要な部位まで潤滑されて圧延スリップ、咬込みスリ
ップが発生してしまい、これを避けようとすると必要部
位への潤滑剤の供給量が不十分にならざるを得ないとい
うジレンマがあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題を解消し、孔形ロールの必要部位にのみ必要量
の潤滑剤を供給して孔形圧延を行う方法を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、孔形ロールの焼付きおよび摩耗が発生し易い部
分に固形潤滑剤を押し付けて供給し、孔形ロールと被圧
延材との間を固形潤滑することを特徴とする固形潤滑に
よる孔形圧延方法によって達成される。

【０００８】固形潤滑剤は、適当な形状あるいは寸法に
することによって供給部位を容易に制御でき、かつ押し
付け力、潤滑剤自体の硬さや融点によって供給量を厳密
に制御できる。したがって、不必要な部位の望ましくな
い潤滑による圧延スリップ、咬込みスリップを起こすこ
となく、同時に、必要箇所に十分な量の潤滑剤を供給を
して最適な潤滑状態を確保して、孔形ロールの焼付きや
摩耗の発生を防止できる。

【０００９】前記孔形ロールの孔形全面積の１％〜５０
％に固形潤滑剤を供給することが望ましい。前記固形潤
滑剤の融点が、該固形潤滑剤を供給するワークロールの
圧延中の最高温度よりも高いことが望ましい。前記固形
潤滑剤に水をかけながらワークロールに供給することが
望ましい。前記固形潤滑剤のワークロールへの押し付け
圧力を、０．０１kgf/cm² 以上とすることが望ましい。
前記固形潤滑剤は、典型的には、ワックス系固形潤滑剤
またはワックス系固形潤滑剤に固体潤滑剤を添加して成
る。前記ワックス系固形潤滑剤は、飽和脂肪酸、不飽和
脂肪酸、エステル、脂肪酸アミド、硬化油、硬化脂肪
酸、金属石鹸、アルキルベンゼンスルホン酸ソーダ、ア
ルコールサルフェート、アルキルメチルタウライド、ポ
リオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオ
キシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンア
ルキルアリルエーテル、ポリエチレンワックス、パラフ
ィン系炭化水素系ワックス、カルナウバワックス、キャ
ンデリラワックス、マイクロクリスタリンワックス、α
−オレフィン、白蝋、牛脂硬化油、ステアリン酸、およ
びフーローワックスから成る群から選択された一種また
は二種以上の常温固形物質から成ることが望ましい。前
記固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブデン、天然雲母、
合成雲母、炭酸カルシウム、二酸化珪素、燐酸カルシウ
ム、窒化硼素、タングステン酸化合物、燐酸化合物、カ
ルボン酸化合物、炭酸ナトリウム、およびガラスから成
る群から選択された一種または二種以上の固体粉末状物
質から成ることが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】孔形ロールの焼付き・摩耗の発生
を防止するためには、これらが発生し易い部位に十分な
潤滑剤を供給する必要があり、同時に他の部位には不必
要な潤滑剤によるスリップが発生しないようにする必要
がある。

【００１１】従来の鉱油系潤滑油やグリース系潤滑油で
は、流動性が高いため、潤滑剤の供給範囲を限定するこ
とが困難であり、不必要な部位での潤滑によるスリップ
発生を避けると同時に必要部位の潤滑を十分に行うこと
ができなかった。

【００１２】これに対して本発明は、固形潤滑剤を孔形
ロールの焼付きおよび摩耗が発生し易い部位に押し付け
て供給するので、孔形の必要部位のにみ限定的に潤滑剤
供給を行うことが確実にできる。また、押し付け力、固
形潤滑剤の硬さおよび融点の最適化により、供給量を容
易に制御できる。必要な押し付け力、潤滑剤の硬さおよ
び融点は、孔形圧延の操業条件（被圧延材温度、ロール
温度等）に応じて設定する。

【００１３】本発明に用いる固形潤滑剤は、常温で固体
であって、容器に入れなくとも自立的に一定の形状を保
持しているものである。

【００１４】一般に、固形潤滑剤の形状は棒状とし、そ
の一端を孔形ロールに押し付けて被孔形ロール表面に固
形潤滑剤を付着させる形で供給する。棒状固形潤滑剤の
断面寸法は、焼付きおよび摩耗が発生するロール部位の
寸法に基づいて決めることが適当である。

【００１５】孔形形状すなわちカリバー形状が複雑な場
合でも、固形潤滑剤の先端形状をカリバー形状に対応さ
せて予め加工しておくことにより、必要部位に十分に潤
滑剤を供給でき、安定した潤滑を確保して孔形ロールの
焼付きおよび摩耗を防止できる。

【００１６】所定の潤滑剤供給量を安定して得るため
に、固形潤滑剤として重要な特性は硬さと融点であり、
孔形圧延の操業条件に応じて、押し付け力と、固形潤滑
剤の硬さおよび融点とを適宜組み合わせる。発明者らは
実験により、現状考え得る孔形圧延の操業条件に対し
て、コストおよび作業効率上、最も好ましい固形潤滑剤
の融点および押し付け圧力の条件を検討した。その結
果、少なくとも固形潤滑剤の融点が、固形潤滑剤を供給
する孔形ロール表面の圧延中の最高温度よりも高い融点
の固形潤滑剤を用いないと、ロールの熱によって固形潤
滑剤の消耗速度が速くなることを見いだした。一般に、
固形潤滑剤の融点は、その構成成分であるワックス系固
形潤滑剤の融点に一致する。

【００１７】さらに、固形潤滑剤の効果を引き出すのに
必要な最低限の押し付け圧力条件として、０．０１kgf/
cm² 以上が望ましいことも発見した。押し付け圧力が
０．０１kgf/cm² 未満では、ロールへの固形潤滑剤の付
着量が少なく、ロール肌荒れ（ロール焼付きも含む）抑
制やロール摩耗低減などの効果が十分に得られない。

【００１８】また、固形潤滑剤を使用するにあたって、
固形潤滑剤自体に水をかけながら使用する必要がある。
通常、ロール冷却水をかけながら操業されているが、こ
のロール冷却水を固形潤滑剤にかけならが供給しても差
し支えない。つまり、ロール冷却水をかけているところ
で、固形潤滑剤をロールに供給しても良い。もちろん、
固形潤滑剤専用の配管を配して水を直接かけるようにし
てもよい。固形潤滑剤を使用するにあたって水をかけな
がら使用しなければならない理由は、水がないロール表
面に固形潤滑剤を押し付けるとワックスとロールとが焼
付きに近い状態で転着し、消耗速度が非常に大きくなる
ためである。従って、従来の油系の潤滑油を使用する場
合には、ロール表面の水を水切り装置で取り除いてから
潤滑油を供給するが、固形潤滑剤はロール表面に水が存
在する状態で供給した方が好ましく、言い換えれば、従
来の水切り装置が不要になる利点もあり、設備メンテナ
ンスの労力がさらに低減する効果も期待できる。

【００１９】本発明の固形潤滑剤としては、ワックス系
固形潤滑剤またはワックス系固形潤滑剤に固体潤滑剤等
の添加物を混合したものを用いる。

【００２０】ワックス系固形潤滑剤としては、飽和脂肪
酸、不飽和脂肪酸、エステル、脂肪酸アミド、硬化油、
硬化脂肪酸、金属石鹸、アルキルベンゼンスルホン酸ソ
ーダ、アルコールサルフェート、アルキルメチルタウラ
イド、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテ
ル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシ
エチレンアルキルアリルエーテル、ポリエチレンワック
ス、パラフィン系炭化水素系ワックス、カルナウバワッ
クス、キャンデリラワックス、マイクロクリスタリンワ
ックス、α−オレフィン、白蝋、牛脂硬化油、ステアリ
ン酸、およびフーローワックスから成る群から選択され
た一種または二種以上の常温固形物質を用いることがで
きる。

【００２１】二種以上の組み合わせによる場合、ワック
スを主成分とし、これに脂肪酸、エステル等の油脂類を
５０wt％まで含有することが望ましい。

【００２２】これらのワックス系固形潤滑剤に添加する
固体潤滑剤としては、黒鉛、二硫化モリブデン、天然雲
母、合成雲母、炭酸カルシウム、二酸化珪素、燐酸カル
シウム、窒化硼素、タングステン酸化合物、燐酸化合
物、カルボン酸化合物、炭酸ナトリウム、およびガラス
から成る群から選択された一種または二種以上の固体粉
末状物質を用いることができる。

【００２３】固形潤滑剤中の固体潤滑剤の添加量の調整
によって、耐焼付き性、耐摩耗性等のうちで特に必要な
性能を選択的に高めることができる。また、ワックス系
固形潤滑剤に固体潤滑剤粉末を均一に分散させた固形潤
滑剤は容易に製造できるので、棒状固形潤滑剤の横断面
内および長さ方向に関して均一な潤滑性能を確保でき、
それにより孔形ロールの必要領域内および経過時間に対
して安定した潤滑を確保できる。

【００２４】固形潤滑剤中の固体潤滑剤の添加量は８０
wt％までとすることが望ましい。８０wt％を超えると結
合材としてのワックス系固形潤滑剤が少なくなり過ぎ
て、複合材料である棒状固形潤滑剤の強度が不十分にな
る。

【００２５】孔形ロールと被圧延材とが接触する部位を
横切る孔形ロールの断面輪郭線において、孔形ロールと
被圧延材との全接触長さ（以後、孔形ロール断面接触長
さと呼ぶ）に対して、１％〜５０％の長さに相当する孔
形ロールの部位に固形潤滑剤を供給することが望まし
い。通常、孔形ロールの焼付き・摩耗の発生部位は孔形
ロール断面接触長さの１％以上であり、固形潤滑剤の供
給をこれに対応した面積に行うことにより潤滑作用が得
られる。一方、固形潤滑剤の供給領域が孔形ロール断面
接触長さの５０％を超えると、必要部位での潤滑作用が
飽和するばかりでなく、圧延スリップや咬込みスリップ
が発生し易くなる。

【００２６】

【実施例】〔実施例１〕本発明の固形潤滑による孔形圧
延方法を適用してレールの熱間圧延を行った。レール圧
延工場の粗圧延機の上ロールに、図１に示す固形潤滑剤
供給装置を設置し、焼付き・摩耗が発生し易い孔形ロー
ル部位に固形潤滑剤を押し付けて潤滑剤を供給した。

【００２７】この供給装置は、図１に示したように、架
台に固定されており、エアーシリンダーにより往復駆動
されるピストンの先端にあるチャックに棒状のワックス
系固形潤滑剤の一端を把持し、他端を孔形ロールの所定
部位に押し付ける。エアーシリンダー・ピストン系は空
圧回路（図示せず）により駆動制御されている。一端を
チャックに把持された棒状固形潤滑剤は、孔形ロールへ
の押し付け側の箇所をガイドで案内されており、確実に
ロール表面の所定部位に押し付けられる。ガイドは更
に、長い棒状固形潤滑剤がロール回転による曲げ荷重で
折れないように保護する役割も果たす。なお図１では、
潤滑剤を押し付ける前の状態を示したが、実際の圧延実
施時にはピストンを作動させて潤滑剤を押し出し、ロー
ル表面に押し付ける。

【００２８】本発明による棒状固形潤滑剤を、ワックス
系固形潤滑剤（材質：パラフィン系炭化水素ワック
ス）、にモノエステルを３０wt％注入した基材（融点２
３５℃、硬さ７０Hv（ビッカース硬さ（１ｇ荷重））に
黒鉛粉末を４０wt％混入して作製した。

【００２９】図２は、本発明との比較のために従来の液
状潤滑剤の供給装置を示したものであり、熱間圧延およ
び冷間圧延のいずれでも用いられている代表的な形式で
ある。同図の供給装置は、ヘッダーに配列されたノズル
から液状の潤滑剤（油のみ、あるいは水と油のエマルジ
ョン等）をワークロール表面に噴射する。液状潤滑剤は
噴射されたワークロール部位に留まらず、周囲へ広がる
ため、潤滑部位を厳密に制御することができないし、必
要部位への潤滑剤供給量も厳密に制御できない。本実施
例では、従来の液状潤滑剤として鉱油系潤滑油にエステ
ルを２０％添加したものを用いた。

【００３０】固形潤滑剤は、孔形ロール断面接触長さに
対して、４０％の長さに相当する部位に供給した。

【００３１】上記の各潤滑方法にて、約８００トン圧延
した時点で、孔形ロールの肌荒れ状況を調べたところ、
従来の液状潤滑による圧延を行った孔形ロールは塑性流
動を伴う激しい焼付きが発生していたのに対して、本発
明の固形潤滑による圧延を行った孔形ロールは殆ど焼付
きが認められず、圧延開始前とほぼ同様な良好なロール
肌が維持されていた。

【００３２】〔実施例２〕ワックス系固形潤滑剤（材
質：パラフィン系ワックスにモノエステルを１０％注入
したもの、融点１０３℃、硬さ６５Hv（荷重１ｇ））
に、固体潤滑剤として黒鉛、炭酸カルシウム、雲母のい
ずれかの粉末を５０wt％混合した固形潤滑剤と、９０wt
％混合した固形潤滑剤を作製した。

【００３３】また、比較のために、従来の液状潤滑剤と
して鉱油系潤滑剤に２０％エステルを添加したものを用
いた。

【００３４】これらの潤滑剤を用い、熱間転動摩耗試験
機にて耐焼付き性と耐摩耗性を評価した。試験は、ロー
ルに相当する高クロム鋳鉄製の円板状試験片と、被圧延
材に相当するＳ４５Ｃ（摩耗テスト用）、ＳＵＳ４３０
（焼付テスト用）製の相手片との組み合わせについて行
った。試験条件は、試験片の回転周速度１００ｍ／分、
温度２００℃、相手片の温度８００℃とし、摩耗テスト
ではすべり率１０％で、焼付テストでは相手片の速度を
変化させることにより、それぞれ滑り速度を種々に変化
させた。耐焼付き性は焼付が発生したすべり率により評
価し、耐摩耗性は試験片の摩耗重量（転動回数：１万
回）により評価した。

【００３５】潤滑剤の供給は、本発明の固形潤滑剤は試
験片に２kgf ／cm² の力で押し付けることにより行い、
従来の液状潤滑剤はタンク内で水：９９に対し潤滑剤：
１の比率で混合・撹拌したエマルションを毎分５００cc
供給することにより行った。

【００３６】上記試験の結果、固体潤滑剤粉末の添加量
５０wt％の本発明の固形潤滑剤を用いた場合は、従来の
液状潤滑剤に比べて耐焼付き性は３倍向上し、耐摩耗性
は約４〜５倍向上した。固体潤滑剤の添加量が９０wt％
の場合は、固形潤滑剤中で結合材として機能するワック
ス系固形潤滑剤の量が少なくなり過ぎて強度が低下し、
回転する試験片に押し付けている途中で固形潤滑剤にク
ラックが入り、折れてしまったため、実験を中断した。

【００３７】〔実施例３〕本発明により、孔形圧延機の
カリバーに予め固形潤滑剤を塗布しておき、長さ１ｍの
レール鋼材の熱間圧延実験を行った。

【００３８】固形潤滑剤の塗布範囲は、孔形ロール接触
断面長さを全孔形ロール接触断面長さに対して１０％、
３０％、５０％、７０％、および１００％とした。固形
潤滑剤としては、ワックス系固形潤滑剤（材質：パラフ
ィン系ワックス、融点１２５℃、硬さ４７Hv（荷重１
ｇ））に、黒鉛粉末を３０wt％、エステルを２０wt％注
入したものを用いた。

【００３９】上記実験の結果、孔形ロール断面接触長さ
に対して１０％、３０％、５０％に相当する部位に供給
した場合には咬込みスリップも圧延スリップも起きずに
正常に通材できたが、孔形ロール断面接触長さに対して
７０％、１００％に相当する部位に供給した場合には咬
込みスリップおよび圧延スリップが発生し、正常な通材
ができなかった。

【００４０】〔実施例４〕工場の軌条圧延ラインの粗ミ
ルの入側にエアーシリンダーを用いた固形潤滑剤の供給
装置を設置し、固形潤滑剤の融点、押し付け圧力、およ
び固形潤滑剤への水かけの有無が、ロール焼付きの発生
に与える影響を調査した。その結果、本発明にある条件
で固形潤滑剤を用いると、表１に示したように、ロール
肌荒れ（焼付き）の発生が十分に抑制可能で、数ロット
無研削（ロール手入れ無し）で使用可能であることが明
らかになった。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
孔形ロールの必要部位にのみ必要量の潤滑剤を供給して
孔形圧延を行うことができるので、圧延スリップや咬込
みスリップを起こすことなく、孔形ロールの焼付きおよ
び摩耗を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による固形潤滑方法に用いる固
形潤滑剤供給装置の構造例を示す断面図である。

【図２】図２は、従来の液体潤滑方法に用いる潤滑剤供
給装置の代表例を示す断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒谷 省一 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 濱渦 修一 福岡県北九州市小倉南区新曽根５−１ 三 島光産株式会社機工事業部内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 孔形ロールの焼付きおよび摩耗が発生し
   易い部分に固形潤滑剤を押し付けて供給し、孔形ロール
   と被圧延材との間を固形潤滑剤によって潤滑することを
   特徴とする固形潤滑による孔形圧延方法。
2. 【請求項２】 前記孔形ロールの孔形全面積の１％〜５
   ０％に固形潤滑剤を供給することを特徴とする請求項１
   に記載の固形潤滑による孔形圧延方法。
3. 【請求項３】 前記固形潤滑剤の融点が、該固形潤滑剤
   を供給するワークロールの圧延中の最高温度よりも高い
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の固形潤滑に
   よる孔形圧延方法。
4. 【請求項４】 前記固形潤滑剤に水をかけながらワーク
   ロールに供給することを特徴とする請求項１から３まで
   のいずれか１項に記載の固形潤滑による孔形圧延方法。
5. 【請求項５】 前記固形潤滑剤のワークロールへの押し
   付け圧力を、０．０１kgf/cm² 以上とすることを特徴と
   する請求項１から４までのいずれか１項に記載の固形潤
   滑による孔形圧延方法。
6. 【請求項６】 前記固形潤滑剤は、ワックス系固形潤滑
   剤またはワックス系固形潤滑剤に固体潤滑剤を添加して
   成ることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に
   記載の固形潤滑による孔形圧延方法。
7. 【請求項７】 前記ワックス系固形潤滑剤は、飽和脂肪
   酸、不飽和脂肪酸、エステル、脂肪酸アミド、硬化油、
   硬化脂肪酸、金属石鹸、アルキルベンゼンスルホン酸ソ
   ーダ、アルコールサルフェート、アルキルメチルタウラ
   イド、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテ
   ル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシ
   エチレンアルキルアリルエーテル、ポリエチレンワック
   ス、パラフィン系炭化水素系ワックス、カルナウバワッ
   クス、キャンデリラワックス、マイクロクリスタリンワ
   ックス、α−オレフィン、白蝋、牛脂硬化油、ステアリ
   ン酸、およびフーローワックスから成る群から選択され
   た一種または二種以上の常温固形物質から成ることを特
   徴とする請求項６記載の固形潤滑による孔形圧延方法。
8. 【請求項８】 前記固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブ
   デン、天然雲母、合成雲母、炭酸カルシウム、二酸化珪
   素、燐酸カルシウム、窒化硼素、タングステン酸化合
   物、燐酸化合物、カルボン酸化合物、炭酸ナトリウム、
   およびガラスから成る群から選択された一種または二種
   以上の固体粉末状物質から成ることを特徴とする請求項
   ６または７記載の固形潤滑による孔形圧延方法。